蓝冠官网《Q374919 》在2013年5月31日发表在《科学》(Science)杂志上的一项新研究中,哥伦比亚大学工程研究人员证明,蓝冠招商 即使是由许多小晶粒缝合在一起,石墨烯的强度也几乎与完美结晶形式的石墨烯一样。这项工作解决了理论模拟和早期实验之间的矛盾,理论模拟预测晶界可能很强大,而早期实验则表明晶界比完美晶格要弱得多。
石墨烯由碳的单一原子层组成,呈蜂窝晶格状排列。“我们在2008年发表的第一篇科学论文,研究了石墨烯在没有缺陷的情况下可以达到的强度——它的内在强度,”机械工程教授James Hone说,他和机械工程教授Jeffrey Kysar共同领导了这项研究。但无缺陷的原始石墨烯只存在于非常小的区域。应用所需的大面积薄片必须包含许多在晶界处相连的小晶粒,而这些晶界的强度尚不清楚。这是我们的第二篇科学论文,蓝冠注册 报告了使用化学气相沉积(CVD)生长的大面积石墨烯薄膜的强度。我们激动地说,石墨烯又回来了,而且比以往任何时候都更强。”
该研究证实了通常使用的后处理石墨烯的方法削弱了晶界,导致之前研究中出现的极低强度。哥伦比亚大学的工程团队开发了一种防止石墨烯在转移过程中受损的新工艺。该论文的第一作者、Hone实验室的博士后研究员Gwan-Hyoung Lee指出:“我们替换了一种不同的蚀刻剂,从而能够在不损害石墨烯的情况下创建测试样品。我们的发现明显纠正了石墨烯晶粒边界较弱的错误共识。”这是一个好消息,因为石墨烯为基础科学研究和工业应用提供了过多的机会。”
在其完美的晶体结构,石墨烯(一种单原子厚度的碳层)是最强的材料测量,正如哥伦比亚工程团队在《科学》杂志上报道的2008 -如此强大,正如磨练的观察,“需要一头大象,平衡的铅笔,突破的石墨烯保鲜膜的厚度。在第一项研究中,该团队通过机械剥离从石墨晶体中获得了结构完美的小石墨烯薄片。但剥离是一个耗时的过程,蓝冠官网 对于石墨烯许多需要大规模工业生产的潜在应用而言,这永远不可能实现。
目前,科学家们可以使用化学气相沉积(CVD)方法将单层石墨烯在高温炉中的铜基板上生长,从而使石墨烯片长到电视屏幕那么大。石墨烯最早的应用之一可能是作为柔性显示器的导电层。
“但是CVD石墨烯是由许多小的晶体颗粒‘缝合’在一起的,就像缝补一样,在原子结构中含有缺陷的晶界,”Kysar解释说。“如果石墨烯比完美的晶格更容易断裂,那么这些晶界会严重限制大面积石墨烯的强度,因此人们对它们的强度有多高有着浓厚的兴趣。”
哥伦比亚大学的工程团队想要发现是什么使得CVD石墨烯如此脆弱。在研究制作测试样品的加工技术时,他们发现,用于去除铜基板的化学物质也会对石墨烯造成损害,严重降低其强度。
他们的实验证明,具有大颗粒的CVD石墨烯与剥离的石墨烯一样坚固,表明其晶格结构同样完美。更令人惊讶的是,他们的实验还显示,即使是在晶界测试,含有小颗粒的CVD石墨烯的强度也只有理想晶体的90%。
Hone说:“对于石墨烯的未来来说,这是一个令人兴奋的结果,因为它提供了实验证据,证明它在原子尺度上拥有的异常强度可以一直维持到几英寸甚至更大的样品。”“随着科学家们继续开发新型柔性电子器件和超强复合材料,这种强度将是无价的。”
强度大、面积大的石墨烯可用于多种用途,如柔性电子器件和增强元件——有可能用于像海报一样可以卷起来的电视屏幕,或可替代碳纤维的超强复合材料。或者研究人员推测,科幻太空电梯的想法可以连接一个地球轨道卫星的长绳子可能包含的CVD石墨烯、石墨烯以来(及其表弟材料,碳纳米管)是唯一的材料所需的高强度重量比这种假设应用程序。