自2004年英國曼徹斯特大學(xué)的Geim和Novoselov采用機(jī)械剝離的方法成功地將石墨層片剝離，得到單層石墨石墨烯（graphene）以來，石墨烯便以優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能，高的理論比表面積(2600m2/g)，以及完美的量子隧道效應(yīng)和整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)引起了全世界科學(xué)家廣泛的關(guān)注。石墨烯有著取代現(xiàn)有很多材料，甚至產(chǎn)生很多具有革命性的科技應(yīng)用，從而使人類進(jìn)入一個全新的技術(shù)領(lǐng)域的巨大潛力。然而，石墨烯遭遇了類似其它新材料所遇到的難題，即缺少一種快速簡捷的石墨烯低成本和規(guī)?；苽浞椒?，從而阻礙了石墨烯材料的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。
近期，Scientific Reports（科學(xué)報告）刊發(fā)了武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室燃料電池研究團(tuán)隊(duì)木士春教授在無定形碳化硅(SiC)轉(zhuǎn)化為石墨烯方面的創(chuàng)新性研究成果，論文題目為Direct Transformation of Amorphous Silicon Carbide into Graphene under Low Temperatures and Ambient Pressure。該項(xiàng)研究成果由武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立完成。
木士春教授所在燃料電池團(tuán)隊(duì)根據(jù)當(dāng)前最具潛力的SiC晶體外延生長法，采用成本低廉的無定形SiC(a-Si1-xCx)取代昂貴的晶體SiC作為石墨烯的前驅(qū)體，結(jié)合成熟的氯化技術(shù)(chlorination)，首次提出了一種通過無定形SiC氯化法合成石墨烯的方法。采用該方法，在較低溫度（800℃）、常壓條件下和較短時間內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)了無定形SiC向石墨烯的轉(zhuǎn)化。該方法一舉突破了傳統(tǒng)SiC晶體外延生長石墨烯法導(dǎo)致石墨烯成本居高不下的三個最重要的因素：包括需采用價格十倍于黃金的6H-SiC作為石墨烯前驅(qū)體、苛刻的高溫條件（≥1200℃）和需采用超高真空技術(shù)，從而大大降低了石墨烯的生產(chǎn)成本及技術(shù)門坎。在高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）下可觀測到通過無定形SiC-氯化法合成的石墨烯層數(shù)在10層以內(nèi)，繼承了SiC外延生長法層數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)。拉曼光譜（Raman）下可以檢測到明顯紅移的2D峰，證明了氯化法合成的石墨烯具有較好的層數(shù)可控性。此外，研究團(tuán)隊(duì)還探討了無定形SiC的石墨烯轉(zhuǎn)化機(jī)制，提出了一種無定形SiC轉(zhuǎn)化為石墨烯的氯刻蝕晶化模型。無定形SiC石墨烯前驅(qū)體可以是純無定形SiC或?yàn)榘wSiC核的具有核殼結(jié)構(gòu)的無定形SiC超細(xì)粉體顆粒，也可以是無定形SiC納米薄膜，因此，具有大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯及在任意基底上大面積合成層數(shù)可控石墨烯的巨大前景。相關(guān)研究成果已申請了國家發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01210419348.5）。
發(fā)布：武漢理工大學(xué)新聞經(jīng)緯網(wǎng) 時間：2013-03-06
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