最近發(fā)布的一項專利“含碳材料爆炸法高產(chǎn)量制備石墨烯的工藝”，能夠在一定程度上克服上述制備方法的缺點，為石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)帶來希望。

    堪薩斯州立大學物理系教授 Chris Sorensen，是這項專利的領(lǐng)導者，研究人員包括堪薩斯州立大學的博士后研究員和物理講師 Arjun Nepal，前訪問學者 Gajendra Prasad Singh。

    以下圖片左起：堪薩斯州立大學研究員、物理系博士生 Justin Wright；物理系教授Chris Sorensen；博士后研究員和物理講師 Arjun Nepal。

    不同于其他的石墨烯制備方法，該方法十分簡便、有效、可拓展至工業(yè)級別。這種方法給人感覺有點類似“爆米花”，可是爆出的是“石墨烯”，不過它們的原理卻大相徑庭。具體方法簡單描述如下：將乙炔或者乙烯氣體以及氧氣裝入容器內(nèi)，然后使用汽車火花塞引燃容器內(nèi)氣體，隨后搜集爆炸形成的石墨烯。

    對于這種方法，我們先來看看 Sorensen教授怎么說 ：

    “我們已經(jīng)發(fā)明了一種量產(chǎn)石墨烯的可行工藝，該工藝具有很多優(yōu)點，例如經(jīng)濟合理性，即具有大規(guī)模生產(chǎn)的可能性以及避免化學材料的缺乏。這些優(yōu)勢當中，最佳的特性就是該工藝制備一克石墨烯所需要的能量，比其他工藝少很多，因為它需要的只是一個火花。”

    對于Sorensen團隊來說，這是一個“偶然的驚喜”。他們在開發(fā)黑碳氣溶膠時，生產(chǎn)出了石墨烯。整個過程通過在17公升的鋁容器內(nèi)，填充乙炔和氧氣，然后使用火花塞點火，在容器內(nèi)形成爆炸。

    （圖片來源于：堪薩斯州立大學）

    爆炸后，煙塵形成了一種氣溶膠。

    Sorensen說看上去有點像“黑色的天使蛋糕”，最終的勞動成果如下圖所示：

    （圖片來源于：堪薩斯州立大學）

    但是通過進一步的分析后，研究人員發(fā)現(xiàn)氣溶膠，不僅僅是看上去的像“黑色的天使蛋糕”。

    意外的驚喜的是：它是石墨烯！對此，Sorensen 的說法如下：

    “我們本來沒有計劃制造石墨烯，我們計劃制造氣溶膠凝膠，但是我們很幸運，通過一次偶然的意外制成了石墨烯。”

    研究意義和未來

    傳統(tǒng)的石墨烯制備方法是能源密集型的，能量消耗大，不環(huán)保，且十分危險，產(chǎn)量又低。然而，Sorensen的團隊通過少量能源，大量制造石墨烯，且沒有涉及危險的化學物質(zhì)。研究人員Nepal說：

    “我們的實驗真正的魅力在于我們能以克的數(shù)量級，而不是毫克的數(shù)量級生產(chǎn)石墨烯。”

    現(xiàn)在，研究團隊還包括了物理系博士生Justin Wright、Camp Hill、Pennsylvania，他們正致力于提高石墨烯的品質(zhì)，將實驗室工藝拓展到工業(yè)級別。

    同時，他們也正在正升級一些設(shè)備，以便引爆后，能快速地從容量內(nèi)獲取石墨烯，只需要幾分鐘時間。Sorensen 認為，更快速地獲取石墨烯有利于提高該材料的品質(zhì)。

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責任編輯：劉洋

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