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刘忠范:石墨烯产业切勿重演大炼钢铁运动(4)

时间:2016-12-20 14:52 来源:知识分子 作者:中国3D打印网 阅读:

必经之路:标号石墨烯薄膜

标号石墨烯薄膜

标号石墨烯薄膜是石墨烯产业发展的必经之路。不断提升石墨烯材料的质量,无限接近理想状态,是石墨烯产业发展的基础和原动力。实际上,从2009年的第一篇石墨烯生长文章至今,已逾七年时间。尽管大家还没有提出这样一个概念,但是一直在朝着这个方向努力。

例如,单晶畴区尺寸,最初只有十微米左右,现在可以做到一英寸左右的大小,而且还有很大的提升空间。可以想像,随着畴区尺寸的增大,性能也逐渐提升,用途自然越来越广阔。在铜箔表面生长石墨烯,是一大堆单晶畴区拼接起来的多晶薄膜,就像一件破衣服。利用表面工程学方法,用三聚氰胺把铜箔表面的活性中心钝化,这样就可以大幅度减少成核中心的数量,从而长出厘米尺寸的大单晶石墨烯来。载流子迁移率是表征石墨烯质量的好办法。通常石墨烯薄膜的迁移率做到5000以上就不错了,我们的三聚氰胺钝化技术可以做到16000以上,质量非常高。

快速生长也是制备高质量标号石墨烯薄膜的重大挑战。“慢工出细活”,要想长得好,通常就得慢慢长。我们发明了梯级供料和成核后钝化技术,大幅度提高了动力学率,这样毫米级的单晶生长速度可以比普通方法快五十倍。利用我们发明的空间限域生长技术,可以进一步提高碳源分解速度,使得生长速率达到每分钟三百微米。

我们不仅仅满足于实验室规模的石墨烯生长,还在致力于发展规模化的批量制备技术。这是我们的第二代生长装备,每台年产能可达两万平方米。

长在铜箔上的石墨烯薄膜,使用时需要剥离下来转移到其他支撑衬底上,例如塑料薄膜上。这件事情也不容易,因为就一两个原子层厚度。我们也在做各种各样的尝试,我们发展的卷对卷转移技术可以实现规模化的转移,而且利用热水即可,绿色环保。

石墨烯材料的新星:三维粉体石墨烯

三维粉体石墨烯其实我们已经做了好几年,或许会成为石墨烯材料领域的新星。

什么叫做三维粉体石墨烯呢?

实际上,传统的粉体石墨烯含有氧、氢、氮等很多杂原子,并不是严格的纯碳石墨烯,质量很差。尽管成本比较低,但是环境污染非常严重,产生大量的废液。另外,粉体石墨烯在使用时通常需要分散到液体中,由于很强的片层之间的相互作用,特别容易团聚,这也是粉体石墨烯应用的技术挑战。

(责任编辑:admin)

weixin
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