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你没有看错:高压水洗也能做石墨烯,这个玩法有点不一般!

石墨烯

是一层碳原子形成的薄片,原子之间形成一个六角形的环,环环相连形成蜂窝状的平面。20万片石墨烯加在一起,相当于一根头发丝那么粗。此前,碳的这种二维结构形式一直存在于人们的猜想中,却一直做不出来。关键的难题,就是怎样让石墨分层到极薄的薄片。


2004年,英国曼彻斯特大学的海姆和诺沃肖洛夫,用透明胶将一块石墨片反复粘贴与撕开,石墨片的厚度逐渐减小,最终形成了厚度只有0.335纳米的石墨烯。这是世界上第一次得到单层的石墨烯,两位科学家因此而获得2010年度诺贝尔物理学奖。目前,胶带纸粘贴法演化而来的机械剥离法,已经成为实验室制备石墨烯的一种方法,然而,这一方法的局限性很明显,所得产物为不同层数石墨烯的混合物,难以大规模制备单层石墨烯。


目前石墨烯制备方法多姿多彩,有物理的方法主要是机械剥离的方法, 化学方法主要是分为化学沉积和化学合成两大方向。物理制备方法包括微机械剥离法,碳纳米管切割法,取向复生法等;化学制备方法包括化学气相沉积法,氧化还原法,有机合成法,SiC 外延生长法等。

石墨烯常用合成方法对比

综合加工成本、产率、性能、纯度和规模等五个方面考虑,氧化还原法是综合素质最全面的方法,因此国内石墨烯生产企业多采用此法。但是,氧化还原法存在缺陷、纯度和环境污染的问题,长远来看,一种纯度高、产率高、成本低、更加环保的替代方案势在必行。


本文为石墨烯的大规模制备提供了一种思路和可能。



石墨烯的传统制作工艺相信大家已经都十分了解了,工业界对于石墨烯的期望在于发明一种可扩展的、廉价的和可再现的方法来生产它们。现在,意大利的科学家们已经提出了一种新的工艺,可以满足所有这些要求。



Francesco Bonaccorso和意大利理工学院的同事们提出了他们所谓的高压湿式喷射铣削工艺,主要是将石墨等材料层分开。液压机构和活塞产生高达250MPa的压力,以将分散在溶剂中的散装物料的混合物推过五个不同的盘。这些圆盘相互连接,并穿有微小的可调孔(直径0.3-0.1mm),产生碰撞射流。 类似的工艺已经在工业中用于粉碎药物或油漆。


高压喷洗制作药物纳米颗粒的工艺


这里的主要优点是只需几分钟即可生产高质量的2D晶体石墨烯,而其他方法往往需要花费数小时才能完成。新工艺制作1g石墨烯,需要不到3分钟。所得到的2D晶体分散体如石墨烯,可用于喷墨印刷和电池阳极而无需另外的纯化步骤。


文章:High-yield production of 2D crystals by wet-jet milling,Mater. Horiz., 2018, Accepted Manuscript


部分内容来自Graphene石墨烯快讯