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石墨烯要闻盘点:水和石墨烯产生电力成功点亮LED灯……

中国之光网 2020-09-15 11:00:23


石墨烯拥有优异的性能,如导电导热强、耐腐蚀耐高温、重量轻韧性好、极低的电阻率极低和极快的电子迁移的速度、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性等,未来5年将在光电显示、半导体、触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、复合材料、生物医药等领域将爆发式增长。因此,最近几年,将方向瞄准石墨烯的机构和企业越来越多,除清华大学、哈佛大学等高校科研机构,研究石墨烯的公司还有GrapheneTechnologies、AngstronMaterials、GrapheneSquare、济南圣泉、青岛华高墨烯、厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司、济宁利特、宁波墨西、第六元素等。有关石墨烯的新闻也一直备受关注。下面就来汇总下猴年伊始石墨烯行业发生的那些事儿。


水和石墨烯结合产生电力成功点亮了LED灯泡


近日,东旭光电合作方北京理工大学的曲良体教授和他的团队用水和石墨烯产生的电力成功点亮了LED灯泡。2月17日,国际权威学术期刊《自然》杂志,以亮点工作形式,报道了曲良体教授团队近期的石墨烯研究成果,题目为“来自于水和石墨烯的能量”。此外,该研究成果还全文刊发在近期的《能源和环境科学》杂志上。


文中介绍称,北京理工大学的曲良体教授和他的团队开发出了由氧化石墨烯制备的三维结构,这个结构具有足够大的孔洞,可允许水分子自由通过。当水从这种材料的顶部流淌到底部的时候,水分子将和氧化石墨烯中的含氧基团发生反应,分离形成氢离子;剩下的氧基团则非均一的分布在材料中,这将产生足够多的离子,从而生成电能。该电能能够点亮LED灯泡。


水通过含有氧化石墨烯薄片的材料产生电能示意图



根据测算,这种能量转化方式的转化效率高达62%。基于这种技术,曲良体教授团队设计并制造出了以人体呼吸时湿度变化为电源的湿度传感器用以检测不同运动状态下的人体呼吸特点,首次实现自供电的即时人体健康监测。同时基于上述发现,还可通过捕捉空气中湿度扩散过程蕴含的化学势能,将其转化为可直接利用的电能,这开启了一种全新的潜在能量源,在新能源领域具有可观的前景。


液态石墨烯可能是理解黑洞的关键


哈佛大学和雷声BBN技术研究人员发现,高纯度石墨烯内部带电粒子表现为相对论性质的液体。这一发现可能会导致能有效地将热能转化为电能的装置,以及能精确模拟超新星和黑洞遥远天体行为的石墨烯芯片。




制作石墨烯很简单,所需要的只是一块胶带来剥离石墨晶体到一个单原子的层。但由于最终产品只有一个原子厚,研究隔离石墨烯的性质非常不容易。由菲利普·金教授领导的研究人员现在已经找到一种方法来隔离高纯度石墨烯,并以此发现这个神器材料的另一个显着特性。第一次在金属上,科学家们发现,石墨烯电荷承载颗粒表现为流体,他们不是避免碰撞,而是粒子每秒碰撞万亿次。他们首先通过绝缘的、透明的六方氮化硼结晶来保存分离的高纯石墨烯样品。氮化硼以其类似的性质和原子结构,也被称为“白色石墨烯”。然后,科学家发现石墨烯片具有带电粒子的(静止曝光)结束并且观察到电荷如何流动,在施加热和电流的情况下。当大多数材料经受电场,其负电的电子和带正电的“ 电子空穴 ”被驱动沿相反方向流动; 相反,温度差引起的场会导致这两种类型的电荷沿相同的方向移动。在这两种情况下,带电粒子彼此间是没有相互作用的。




但是,高纯度石墨烯内则有很大不同。该材料的两维性质和蜂窝结构体迫使带电颗粒沿着相同的路径行进,并碰撞,很多时候,形成了强相互作用、准相对论性质的等离子体,也称为狄拉克流体。这可能意味着,基于石墨烯的芯片,成为下一代超薄电子产品的很有希望的候选,不仅能为我们带来更快的数字运算,还有助于科学家了解发生在宇宙另一端天体内部的复杂量子现象。


在消费类应用方面,高纯度石墨烯还可以是建立有效的热电装置的热转换成电流的一个很好选择(反之亦然),以较小的能量损失,例如,做成轻量级电路织成的衣服,把身体的热量转换为充电随身的智能手机。该研究成果发表在最新一期的《Science》杂志上。


石墨烯液晶研究获进展


清华大学石高全课题组在中科院上海光源x射线小角散射光束线站的支持下,在石墨烯液晶研究领域获重要进展。相关研究成果发表于《先进材料》。氧化石墨烯已成功用于制备高强度石墨烯纤维及薄膜。普通尺寸的氧化石墨烯,形成高取向的向列相液晶需要很高的浓度,但高浓度却不适合制备低密度的石墨烯气凝胶。因此开发出新方法使氧化石墨烯在低浓度下形成液晶来制备取向石墨烯气凝胶是问题的关键。


研究人员通过向氧化石墨烯溶液中加入碱,诱导氧化石墨烯在较低浓度下形成高取向的向列相液晶,研究了加碱前后氧化石墨烯溶液的小角x射线散射图像变化,确认了碱诱导氧化石墨烯液晶更加有序。研究人员对碱诱导的氧化石墨烯液晶进行水热还原和冷冻干燥,制备出了石墨烯气凝胶。通过扫描电子显微镜观察,这种石墨烯气凝胶继承了氧化石墨烯液晶的高度取向结构,展现出像木材年轮般的高取向同心圆结构。同时这种取向结构也赋予了气凝胶良好的压缩回弹性,从而使气凝胶可被应用于形变传感器。


科技部“纳米科技重点专项申报指南”发布 石墨烯及先进碳在列


十三五”开年之际,科技部的国家重点研发计划的多个重点专项如期而至。2月初,科技部官网发布《科技部关于发布国家重点研发计划纳米科技等重点专项2016年度项目申报指南的通知》。在该纳米专项当中,石墨烯等纳米碳材料,碳基纳米电子器件,纳米能量存储材料,新型二维原子晶体材料等成为2016年优先支持方向。涉及石墨烯等纳米碳材料的部分内容如下:


1. 新型纳米制备与加工技术


1.1新型碳纳米材料的制备与光电功能研究


研究内容:手性碳纳米管、石墨烯纳米带、高质量石墨烯(碳单层或少层)和石墨炔等纳米碳材料的宏量可控制备与可控掺杂,碳基纳米结构中的物理新效应与光电功能的高效调控。


考核指标:实现面积大于2平方厘米和密度大于100根/微米的单壁碳纳米管平行阵列的可控制备方法;实现高品质单层石墨烯的连续可控制备方法;建立面积大于平方分米高取向石墨炔薄膜(厚度小于10纳米)的制备技术;建立碳纳米材料在光电子和光电转换器件中的应用关键技术,实现在显示驱动和柔性电子器件中的应用示范。


宁波墨西年产500吨石墨烯生产线技改项目投产


日前,由中国工程院院士薛群基、中国科学院院士钱逸泰等13位专家组成的专家组听取了宁波墨西科技有限公司“年产500吨石墨烯生产线技术改造及扩建工程项目”技术工作总结和项目竣工验收报告,并通过验收。这标志着宁波墨西科技年产500吨石墨烯生产线正式建成投产。据了解,该项目竣工后,该公司将能稳定地规模供应两大类石墨烯产品。其中,电子级石墨烯产品,适用于锂离子电池、超级电容器等新能源领域,年产量预计100吨;普通级石墨烯产品,适用于涂料、塑胶、建材等材料化工领域,年产量预计400吨。


该生产线是对该公司首期年产300吨石墨烯生产线进行的技术改造和扩建。随着这条生产线的启动,石墨烯的价格大幅度下降。据墨西科技负责人透露,电子级的石墨烯复合粉末批量应用价格下调到了1000元/公斤,工业级石墨烯复合粉末批量应用的最低价格下调到了700元/公斤。这一价格已经达到了国际上石墨烯的最低批量供应报价,对下游产品应用将起到很大的推动作用。业内人士表示,对尚处于产业化初级阶段的石墨烯产业而言,该价格的发布,意味着在石墨烯应用技术研发中,价格将不再是瓶颈问题,石墨烯下游市场也能得到充足的施展空间。宁波墨西科技在石墨烯的应用方面也取得了重大突破。在500吨生产线启动当天,上海隆振建筑工程股份有限公司与宁波墨西科技签订了3960万元的订单。据了解,把石墨烯掺入到该公司的粉刷砂浆中,可大幅度提高材料的物理性能,增加使用寿命。这是石墨烯产业首个超千万元的单笔订单,为全球石墨烯产业化发展迈出了重要的一步。

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