石墨烯最新研究进展速递

2021-08-26 87 行业资讯

一、石墨烯:七大方向最新进展

石墨烯最新进展主要体现在七大方向:

1)石墨烯芯片

石墨烯芯片被认为是中国弯道超车的希望。最近国产8英寸石墨烯晶圆实现了小批量生产。此外,台积电的工艺制程已经稳定在了5nm,且3nm正在实现量产,但是台积电受到材料本身和量子物理的影响已几近极限,下一个突破就是石墨烯。

2)石墨烯锂离子电池

锂离子电池是目前消费电子领域应用最广泛的电池,它的能量密度大,循环寿命长,但缺点是功率密度还不够大,电池满充时间需要几个小时,充电难题难以突破。超级电容器功率密度高而能量密度低,无法满足续航要求,不能单独用于电动车或其他储能设备。而石墨烯锂离子电池可以解决“鱼和熊掌不可兼得”的难题,同时满足了能量密度和功率密度要求。

3)石墨烯储氢

氧化石墨烯是一种很有潜力的储氢衬底材料。悉尼科技大学研究团队研究发现掺杂铝的多孔石墨烯的储氢能力更强,可以实现氢气的高效储存和快速释放。

4)石墨烯抗菌功效

在医学领域,石墨烯的衍生物氧化石墨烯正在发挥其抗菌功效。比如,新加坡南洋理工大学研究人员用原子力显微镜发现了氧化石墨烯对大肠埃希菌的破坏作用。

5)石墨烯作为基因载体

石墨烯及其衍生物具有易于化学修饰、可结合核苷酸、容易被细胞摄取、低毒性等性能,使其成为基因载体的优秀候选材料。

目前,苏州大学研究团队、加拿大麦吉尔大学研究人员都在此方面有所突破。

6)石墨烯助力可穿戴设备

目前可穿戴技术最大的难题是:如何在不配备众多电池组的情况下给设备供电?一个解决办法是用超级电容器代替电池组。

石墨烯拥有良好的导电性、高密度和比表面积,是超级电容的理想材料,将其应用于超级电容器上,可以解决充电时间长、续航短的瓶颈。

7)石墨烯触摸屏

石墨烯在柔性显示领域的应用被视为产业化临近爆发阶段。但受技术限制,对于非单晶、大面积、无缺陷的石墨烯薄膜材料难以进行成本控制。相对来看,小面积屏幕商业化进程稍快。因此,这已成为一些企业研发方向,包括三星、华为,正将柔性显示屏作为智能手机产品升级迭代的契机。

此外,石墨烯+陶瓷、玻璃等制作新的复合材料,将使得原料有新的卓越性能,不但商业可行性大,而且应用领域也会更广泛。

来源:福卡智库                     20210824

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【研究进展1】科学家制备出最完美的大面积、单层、单晶石墨烯!还可以批量制备

最新发表在《自然》杂志上的一篇论文中,由韩国基础科学研究所(IBS)多维碳材料中心(CMCM)主任Rod Ruoff领导的一个研究小组,成员包括蔚山国家科学技术学院(UNIST)的研究生,实现了大面积、单晶石墨烯的生长和表征,该石墨烯没有皱纹、褶皱或附着层。这可能是迄今为止已经生长和表征的最完美的石墨烯。

团队成员最先研制出可重复地制造大面积的单晶Cu-Ni(111)箔,在其上使用氩气流中的乙烯与氢气的混合物通过化学气相沉积(CVD)生长石墨烯。该研究小组此前曾报道过在Cu(111)箔上使用甲烷在约1320K的温度下生长的单晶的、无吸附层的石墨烯薄膜。然而,这些薄膜总是含有长长的“褶皱”,这是石墨烯从生长温度冷却到室温时形成的。如果“褶皱”位于石墨烯场效应晶体管(GFET)的有源区,这将导致石墨烯场效应晶体管(GFET)的性能出现严重下降,这是人们不期望看到的。这些褶皱还含有“裂缝”,降低了石墨烯的机械强度。

研究人员通过一系列“循环”实验,实验表明,褶皱是在冷却过程中在1020K或以上形成的。了解到这一点后,该团队决定在1020K左右的几个不同温度下在Cu-Ni(111)箔上生长石墨烯,从而发现在1000K1030K的温度范围内可以生长出大面积、高质量、无褶皱和无附加层的单晶石墨烯薄膜。

这种高均匀性是没有褶皱、晶界和吸附层的结果。这种大面积无褶皱单晶石墨烯薄膜允许在整个石墨烯薄膜上以任何方向直接制造集成的高性能器件。更重要的是,研究小组能够利用这种方法实现石墨烯生产的“规模化”。

这种大面积的无褶皱单晶石墨烯薄膜可以在整个石墨烯薄膜的任何方向上直接制造出集成的高性能器件。这些单晶石墨烯薄膜将对基础科学的进一步发展具有重要意义,这将导致在电子、光子、机械、热和其他领域的新应用。近乎完美的石墨烯也有利于堆叠,可以与自身或与其他二维材料堆叠,以进一步扩大可能的应用范围。鉴于铜镍(111)箔可以重复使用,而且石墨烯可以在不到一分钟的时间内转移到其他基底上,使用该工艺的可扩展制造也是非常有前景的。

来源:高分子科学前沿                2021826

https://c.m.163.com/news/a/GIAR5HBU05329TW8.html

【研究进展2】西工大《AFM》:石墨烯,助力高性能柔性锌离子电池!

来自西北工业大学等单位的研究人员,在连续衬底上原位生长了N-VG纳米片,并将其用作3D镀锌/剥离SCA型阳极,实现了枝晶结构和高性能的Zn@N-VG@CC阳极。首次用密度泛函理论计算表明,N-VG中含较高亲锌量的N原子可以增加Zn2+离子与碳基体之间的相互作用力,从而有利于Zn的均匀成核。结果表明,N-VG中含锌量较高的N原子增加了Zn2+与碳基体之间的相互作用力。然后,N-VG@CC//Zn不对称电池的实验结果表明,N-VG纳米片阵列的存在不仅可以有效地降低CC表面的Zn成核过电位,而且可以提高镀锌/剥离过程中的电导率(CE)。组装后的柔性准固态ZIB具有良好的电化学性能,300次循环后容量保持率可达80%,并具有优异的机械柔韧性,在便携式和可穿戴电子产品方面具有广阔的应用前景。

本研究通过对高柔韧性衬底的改性实现无枝晶锌阳极提供了一种客观可行的策略,为柔性ZIB的发展开辟了新的方向。

来源:材料科学与工程                 20210811

https://mp.weixin.qq.com/s/vXtnJEQUPsThPGp3r4FBwA