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石墨烯是一种“神奇材料”,前途未了,但如何处理和有效地操纵它已被证明是一个主要的绊脚石。
研究人员希望通过使用碳纳米管来强化石墨烯,就像钢筋加固混凝土一样,来解决这一挑战。莱斯大学(Rice University)的研究人员发起的一项“钢筋石墨烯”倡议,能够生产出一种材料,改善石墨烯的机械和电气质量。
石墨烯是一种只有一个原子厚度的碳原子矩阵,是已知最强的材料之一。欧洲杯足球竞彩然而,从石墨烯被创造出来的那一刻起,它就很难变硬。例如,很难从生长石墨烯的催化剂基片中提取小片石墨烯。衬底不能被溶解掉。通常情况下,在石墨烯上放置一种聚合物以增强其强度,然后将基质消化并移除。
然而,当聚合物溶解时,它会留下残留和杂质,影响石墨烯在高速电子和设备中的性能潜力。通过使用碳纳米管消除聚合物这一步骤,单这一因素就可以大大提高石墨烯的潜力。
使钢筋石墨烯
为了制造钢筋石墨烯,莱斯的科学家们在铜箔上旋转涂层,加热,然后冷却功能化碳纳米管,碳纳米管作为石墨烯本身的碳源。当它们被加热时,功能碳基分解形成石墨烯,而纳米管部分松开,并与新的石墨烯层形成共价结。研究小组称,纳米管在某些地方与材料融合。
通过电子显微镜捕捉到的图像显示,嵌入的纳米管是如何强化石墨烯,提高其承重能力的。当钢筋石墨烯被拉伸时,纳米管变得更薄。通过这些图像,研究小组可以确定纳米管的手性或构成纳米管的六边形的角度,科学家们可以确定纳米管的直径,并具体了解它们在压力下会变细多少。
网状纳米管还使钢筋石墨烯成为比传统石墨烯更好的导体。它的晶体连接在晶界上,可以干扰电子流动。钢筋石墨烯中的纳米管有效地连接了这些边界。
最近对钢筋石墨烯的实验表明,添加纳米管也可以帮助石墨烯保持“弹性”,并减少与裂缝相关的问题。这是因为纳米管螺纹钢可以改变和关闭裂纹,否则这些裂纹会在未增强的石墨烯中扩散。
潜在的应用
目前的石墨烯钢筋技术可以生产出易于操作的大尺寸、可弯曲、导电和透明的石墨烯薄片,这可能会导致石墨烯在更广泛的电子应用领域。例如,将几层材料堆叠起来可以成为一种成本效益高的替代铟锡氧化物(ITO)的方法,铟锡氧化物目前用于显示器和太阳能电池。ITO很硬,相对容易断裂,就像智能手机掉在地上一样。钢筋石墨烯可以制造更坚固、更灵活的显示器,从而降低生产成本。
最近的实验表明,钢筋石墨烯可以保持“弹性”,这不仅可以用于未来的柔性电子产品,还可以用于电活性可穿戴设备或其他需要应力耐受性、灵活性、透明度和机械稳定性的设备。
此外,如果在退火过程中将添加剂引入钢筋石墨烯基体中,掺杂材料可能会在下一代燃料电池和电池中应用。
随着石墨烯等纳米材料的不断改进,多亏了原子精确的生产技术,我们可以期待看到更欧洲杯足球竞彩多稀有、昂贵的材料被由碳等普通元素制成的精确原子结构的功能可比材料所取代。
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