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江苏高空作业升降平台车:具有大颗粒的CVD石墨烯与剥离的石墨烯一样强

石墨烯仍然是有史以来最强大的材料,正如江苏高空作业升降平台车教授曾经说过的那样强大,“它需要大象,在铅笔上平衡,才能突破一片石墨烯,而Saran Wrap的厚度●!盇ndrew Shea的插图
哥伦比亚工程研究院的一项新研究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,纠正了石墨烯晶界弱的错误共识。

在2013年5月31日发表于Science的一项新研究中,哥伦比亚工程公司的研究人员证明,即使从许多小晶粒缝合在一起,石墨烯也几乎与石墨烯一样强,呈完美晶体状态。这项工作解决了理论模拟与早期实验之间的矛盾,理论模拟预测晶界可能很强,早期实验表明它们比完美晶格弱得多。

石墨烯由单个原子碳层组成,排列成蜂窝状晶格●! 我们的*一篇科学论文,在2008年,研究了石墨烯在没有缺陷的情况下可以实现的强度 – 它的内在强度,”机械工程教授詹姆斯·霍恩说,他与机械工程教授杰弗里·基萨尔一起领导了这项研究●!暗俏奕毕莸脑际┲淮嬖谟诜浅P〉那颉Sτ盟璧拇竺婊宀谋匦氚矶嘣诰Ы绱α拥男【Я#⑶也磺宄庑┚Ы缬卸嗲俊U馐俏颐堑牡诙蒲畚模ǖ懒耸褂没喑粱–VD)生长的大面积石墨烯薄膜的强度,我们很高兴地说石墨烯比以往更强大●!

该研究证实,常用的后处理CVD生长石墨烯的方法会削弱晶界,从而导致先前研究中的强度*低。哥伦比亚工程团队开发了一种新工艺,可防止石墨烯在转移过程中受到任何损坏●!拔颐怯貌煌氖纯碳撂娲四芄辉诓凰鸷κ┑那榭鱿轮圃觳馐匝罚备寐畚牡*一作者,江苏高空作业升降平台车实验室的博士后研究员Gwan-Hyoung Lee指出●!拔颐堑难芯拷峁宄鼐勒耸┚Ы缛醯拇砦蠊彩丁U馐且桓龊孟ⅲ蛭┪】蒲а芯亢凸ひ涤τ锰峁┝舜罅康幕帷●!

在完美的晶体形态中,石墨烯(一个原子厚的碳层)是有史以来测量最强的材料,正如哥伦比亚工程团队在2008年的“科学”杂志上所报道的那样 – 如同江苏高空作业升降平台车观察到的那么强大,“需要大象,用铅笔平衡,打破一片石墨烯Saran Wrap的厚度●!岸杂*一项研究,该团队通过机械剥离或机械剥离从石墨晶体中获得了小的,结构完美的石墨烯薄片。但去角质是一个耗时的过程,对于需要工业化大规模生产的石墨烯的许多潜在应用来说永远不会实用。

目前,科学家们可以通过化学气相沉积(CVD)生长与电视屏幕一样大的石墨烯片,其中在高温炉中在铜基板上生长单层石墨烯。石墨烯的*一应用之一可以是柔性显示器中的导电层。

“但是,CVD石墨烯是由许多小的晶●!狈旌稀霸谝黄穑拖裨谠咏峁怪泻腥毕莸木Ы缫谎盞ysar解释道●!叭绻庑┚Ы绫韧昝赖木Ц窀菀灼屏眩敲凑庑┚Ы缁嵫现叵拗拼竺婊┑那慷龋虼巳嗣嵌粤私馑堑那慷扔凶排ê竦男巳ぁ●!

哥伦比亚工程团队想要发现什么使CVD石墨烯变得如此脆弱。在研究用于制造样品进行测试的加工技术时,他们发现最常用于去除铜基板的化学品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强,表明其晶格同样完美。并且,更令人惊讶的是,他们的实验还表明,即使在晶界处测试,具有小晶粒的CVD石墨烯也比理想晶体强约90%。

“对于石墨烯的未来而言,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具有的优异强度可以持续到样本英寸或更大的样本,”江苏高空作业升降平台车说●!八孀趴蒲Ъ颐羌绦⑿碌娜嵝缘缱雍统扛春喜牧希庵钟攀平浅1蟆●!

强大的大面积石墨烯可用于各种应用,例如柔性电子元件和强化元件 – 可能是电视屏幕像海报或超强复合材料一样可以取代碳纤维。或者,研究人员推测,这是一种科幻小说的空间电梯概念,它可以通过可能由CVD石墨烯片组成的长绳将轨道卫星连接到地球,因为石墨烯(及其表兄材料,碳纳米管)是*一的材料。具有这种假设应用所需的高强度重量比。

该团队也对研究石墨烯等二维材料感到兴奋●!岸远牧现芯Ы绲挠跋熘之甚少,”Kysar补充道●!拔颐堑墓ぷ鞅砻鳎2D材料中的晶界对加工比3D材料更敏感。这是由于石墨烯中的所有原子都是表面原子,因此通常不会降低3D材料强度的表面损伤会完全破坏2D材料的强度。然而,通过适当的处理可避免表面损伤,2D材料(尤其是石墨烯)中的晶界几乎与完美无缺陷结构一样强。

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