自2004年首次實(shí)現(xiàn)石墨烯分離以來，與石墨烯相關(guān)的研發(fā)一直在爆發(fā)，數(shù)百名商業(yè)機(jī)會(huì)主義者生產(chǎn)石墨烯，以利用這一快速發(fā)展的行業(yè)。然而，新加坡國(guó)立大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)主要問題——缺乏生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致許多供應(yīng)商的石墨烯質(zhì)量很差。這種方法可能會(huì)阻礙從根本上依賴于使用高質(zhì)量石墨烯的研究進(jìn)展。“令人震驚的是，制造商將黑色粉末貼上石墨烯的標(biāo)簽，并以高價(jià)出售，但事實(shí)上，它們主要含有廉價(jià)的石墨。負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的新加坡國(guó)立大學(xué)高級(jí)2D材料中心主任Antonio Castro Neto教授說：“創(chuàng)建一個(gè)健康、可靠的全球石墨烯市場(chǎng)，非常需要嚴(yán)格的石墨烯表征和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。研究成果于2018年9月13日發(fā)表在《新材料》雜志上。
如何用石墨烯鍛造石墨烯片
由于其優(yōu)異的性能，石墨烯被認(rèn)為是未來的奇跡材料。雖然它是地球上最薄的材料，但它的強(qiáng)度是鋼的200倍。只有一個(gè)原子厚，它也是一個(gè)令人難以置信的電導(dǎo)體，但它仍然很輕，靈活和透明。因此，石墨烯在從晶體管到生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的各種應(yīng)用中被發(fā)現(xiàn)，甚至被提出作為一種將電梯建造到太空中的材料。
石墨烯通常是通過將石墨從普通鉛筆芯上剝離成粉末，將粉末浸入液體中，然后用聲能振動(dòng)混合物，分離出最小的石墨烯薄片。這種合成的目的是生產(chǎn)最薄的石墨烯。純石墨烯只有一個(gè)原子層厚，但國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)指出，十層那么厚的石墨烯片疊層依然可以像石墨烯一樣。考慮到這一點(diǎn)，卡斯特羅內(nèi)托教授和他的團(tuán)隊(duì)著手開發(fā)一種系統(tǒng)可靠的方法來測(cè)定來自世界各地的石墨烯樣品的質(zhì)量。他們通過使用多種分析技術(shù)和來自許多供應(yīng)商的測(cè)試樣品來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
新加坡國(guó)立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在分析了來自美國(guó)、亞洲和歐洲60多家不同供應(yīng)商的樣品后發(fā)現(xiàn)，其中大多數(shù)含有不到10%的石墨烯片。大多數(shù)樣品是沒有正確剝離的石墨粉?！澳壳斑€不清楚假冒石墨烯的生產(chǎn)商是否意識(shí)到劣質(zhì)產(chǎn)品。無論如何，缺乏石墨烯生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致在公開市場(chǎng)上銷售的材料質(zhì)量很差。這一直阻礙著未來應(yīng)用的發(fā)展，”卡斯特羅內(nèi)托教授詳細(xì)解釋道。
石墨粉和石墨烯的性質(zhì)完全不同，所以任何以純石墨烯為借口的研究都會(huì)給出不準(zhǔn)確的結(jié)果。此外，本研究中測(cè)試的樣品中只有一個(gè)含有超過40%的高質(zhì)量石墨烯。此外，一些樣品甚至被生產(chǎn)過程中使用的其他化學(xué)品污染。這些結(jié)果意味著研究人員可能會(huì)浪費(fèi)寶貴的時(shí)間和金錢來試驗(yàn)虛假?gòu)V告的產(chǎn)品?！斑@是有史以來第一項(xiàng)對(duì)世界石墨烯片產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的研究?？紤]到石墨烯可能解決的與健康、氣候和可持續(xù)性相關(guān)的重要挑戰(zhàn)，研究不會(huì)以這種方式受到阻礙，”卡斯特羅內(nèi)托教授解釋說。
克服石墨烯創(chuàng)新的障礙
隨著這一發(fā)現(xiàn)和可靠測(cè)試程序的發(fā)展，石墨烯樣品現(xiàn)在可以達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。“由于巨大的市場(chǎng)需求，我們希望我們的成果能夠加速ISO中石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。這將鼓勵(lì)世界各地的石墨烯生產(chǎn)商改進(jìn)他們的方法，生產(chǎn)出具有適當(dāng)特性的更好的產(chǎn)品，這將有助于開發(fā)現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用，”卡斯特羅內(nèi)托教授說。此外，使用通用和標(biāo)準(zhǔn)化的方法測(cè)試石墨烯可以確保世界各地不同實(shí)驗(yàn)室和用戶之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的定量比較。
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