写于 2017-11-24 01:06:12| 金沙平台| 总汇

石墨烯仍然是有史以来测量最强的材料,正如Hone教授曾经说过的那样强大,“它需要一只大象,在铅笔上平衡,才能突破一片石墨烯,Saran Wrap的厚度”Andrew Shea为哥伦比亚拍摄的插图工程哥伦比亚工程研究院的一项新研究报告了用化学气相沉积(CVD)生长的大面积石墨烯薄膜的强度,纠正了石墨烯晶界薄弱的错误共识在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,石墨烯,即使从许多小晶粒缝合在一起,也几乎与石墨烯一样强,处于完美的晶体状态

这项工作解决了理论模拟之间的矛盾,这种模拟预测晶界可以很强,而早期的实验这表明它们比完美晶格弱得多

石墨烯由单个原子层组成排列在蜂窝状晶格中的碳“我们在2008年的第一篇科学论文中,研究了石墨烯在没有缺陷的情况下可以实现的强度 - 内在强度,”负责Jeffrey Kysar的机械工程教授James Hone说

机械工程教授“但是无缺陷,原始石墨烯只存在于非常小的区域

应用所需的大面积板材必须包含许多连接在晶界处的小晶粒,目前尚不清楚这些晶界有多强这是我们的第二个科学文章,报道了使用化学气相沉积(CVD)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并且更强大“该研究验证了常用的后处理CVD方法 - 生长的石墨烯削弱了晶粒边界,导致之前研究中出现的极低强度哥伦比亚工程团队开发了一种新工艺,可以防止石膏的任何损害转移过程中“我们用不同的蚀刻剂替代了能够在不损害石墨烯的情况下创建测试样本”,该论文的第一作者,Hone实验室的博士后研究员Gwan-Hyoung Lee说道

“我们的研究结果明确纠正了谷物的错误共识石墨烯的边界很薄这是一个好消息,因为石墨烯为基础科学研究和工业应用提供了大量的机会“在其完美的晶体形式中,石墨烯(一个原子厚的碳层)是有史以来最强的材料,正如哥伦比亚工程团队2008年在“科学”杂志上报道的那样强大,正如Hone观察到的那样,“用铅笔平衡大象需要突破一片石墨烯,而Saran Wrap的厚度”,对于第一项研究,团队通过机械去角质或机械剥离从石墨晶体中获得小的,结构完美的石墨烯薄片但是去角质是一个耗时的过程

对于需要工业大规模生产的石墨烯的许多潜在应用中的任何一种都不可能实现目前,科学家们可以通过使用化学气相沉积(CVD)生长与电视屏幕一样大的石墨烯片,其中生长单层石墨烯在高温炉中的铜基板上石墨烯的首批应用之一可能是作为柔性显示器中的导电层“但是,CVD石墨烯是由许多小晶粒”缝合“在一起,就像一个包含缺陷的晶界的被子在原子结构中,“Kysar解释说”如果这些晶界比完美的晶格更容易破裂,这些晶界会严重限制大面积石墨烯的强度,因此人们对于理解它们的强度有着浓厚的兴趣

哥伦比亚工程团队想要发现什么使CVD石墨烯如此薄弱在研究用于制造样品的加工技术f或者测试,他们发现最常用于去除铜基板的化学物质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,表明其晶格是同样完美而且,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,表明它在原子尺度上具有的优异强度可以持续到达到几英寸或更大尺寸的样品,”Hone说,“这种强度将是非常宝贵的随着科学家不断开发新的柔性电子和超强复合材料“强大的大面积石墨烯可用于各种应用,如柔性电子和强化组件 - 可能,电视屏幕像海报或超强复合材料卷起可以取代碳纤维或研究人员推测,这是一种科幻小说的空间电梯概念,它可以通过可能由CVD石墨烯片构成的长帘线将轨道卫星连接到地球,因为石墨烯(及其表亲材料,碳纳米管) )是这种假设应用所需的高强度重量比的唯一材料

该团队也是前者引用研究像石墨烯这样的二维材料“人们对二维材料中晶界的影响知之甚少”,Kysar补充说:“我们的工作表明二维材料中的晶界对加工比三维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

但是通过适当的处理可以避免表面损伤,2D材料中的晶界,特别是石墨烯,可以是几乎与完美,无缺陷的结构一样强大“该研究得到了空军科学研究办公室和国家科学基金会出版物的资助:Gwan-Hyoung Lee等人,”高强度化学气相沉积Graphene and Grain Boundaries,“Science 31 May 2013:Vol 340 no 6136 pp 1073-1076; DOI:101126 / science1235126来源:哥伦比亚大学Holly Evarts图片:Andrew Shea为哥伦比亚工程学院设计的插图