使用蘇打水（碳酸）作為電解質(zhì)，使得化學氣相沉積合成的石墨烯易于通過蝕刻不足的分層進行轉(zhuǎn)移，從而允許多次重復使用金屬催化劑基質(zhì)。

    圖片來源：伊利諾伊大學機械科學與工程系

    無論你將其稱之為泡騰，汽水或氣泡水，碳酸飲料都一直是最流行的飲料。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員發(fā)現(xiàn)碳酸飲料除了可以消除口渴外，還發(fā)現(xiàn)了這些“泡沫”配方對世界上最薄，最平坦，最有用的石墨烯制造商具有重大影響。

    石墨烯成為先進的“神奇”材料，與其制造出的速度和質(zhì)量至關重要。考慮到這一點，伊利諾伊大學機械科學與工程系的SungWoo Nam教授研究組開發(fā)了一種更清潔和更環(huán)保的方法，即以碳酸形式的二氧化碳（CO2）作為電解質(zhì)溶液來隔離石墨烯。其研究結(jié)果發(fā)表在最新的《材料化學學報》雜志上。

    Nam是2D材料領域的專家，他對于傳感器或靈敏設備中使用的石墨烯特別感興趣，例如，當直接接觸到皮膚上時，可穿戴貼片是這樣的薄而透明又不引人注意。目前，Nam已經(jīng)開展了工業(yè)制造可穿戴石墨烯傳感器的項目。

    通過使用化學氣相沉積法在金屬基底（通常為銅箔）上合成石墨烯。生產(chǎn)石墨烯的一個特別棘手的問題是如何將這種原子級的超薄材料與其天然金屬基底分開，以便集成到有用的器件中。這通常包括將高純度金屬溶解或?qū)⑵鋸幕纳戏謱?- 這需要使用保留頑固殘留物的刺激性強的化學品。超薄石墨烯還需要涂覆聚合物支撐層，如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（聚甲基丙烯酸甲酯），而這需要經(jīng)常使用有毒性和致癌性的溶劑。

    Nam的博士生導師，首席研究員Michael Cai Wang表示： “就我們而言，我們正在通過生物物質(zhì)衍生的聚合物乙基纖維素作為涂層。乙基纖維素通常作為便宜又普通的食品添加劑，且僅在乙醇溶劑中溶化。這不僅使得我們的石墨烯轉(zhuǎn)移過程更環(huán)保，而且也與現(xiàn)在各種聚合物和軟生物材料（例如通常使用的塑料和水凝膠）相容，否則其無法耐受刺激性強的溶劑。”

    Nam指出：“轉(zhuǎn)移石墨烯后，不需要進一步漂洗，碳酸就會像二氧化碳和水一樣簡單地蒸發(fā)掉。因此，通過消除常規(guī)的重復和繁瑣的沖洗過程，節(jié)約了水和時間。在使用NaOH或NaCl等電解質(zhì)時，鈉傾向于保留在石墨烯上，而這很難完全擺脫。”

    Wang說：“通過使用碳酸將銅箔從石墨烯上剝離出來，使得我們可以多次重復利用生長基底，而不是為此花費大量的材料和成本。”

    Nam認為：“客觀的說，我們?yōu)樯鐣淼氖羌钊藗兛紤]一個更清潔的方法來制造石墨烯。我們正在努力改進已建立的協(xié)議，以便業(yè)界能夠輕松采用我們的技術。但由于許多裝置被以前使用的化學品污染，所以不可避免地會影響石墨烯的性質(zhì)。”

    Wang解釋道：“石墨烯剛剛開始在實驗室慢慢成熟，最終成為商業(yè)應用。一旦開始大規(guī)模制造，工人的健康也是一個重要的考慮因素，這也是我們要求更環(huán)保的過程的另一個考慮之處。”

    除了制作我們鐘意的咖啡杯或香檳杯，該團隊還希望科學界可以將其作為靈感以尋找更新穎的方式來利用剩余的二氧化碳作出實際應用。他們設想延長工業(yè)生態(tài)環(huán)境中碳的有用生命周期，同時分散和減輕其排放到大氣層的量。雖然海洋酸化是地球大氣中二氧化碳濃度日益增長所帶來的的不良后果，但研究團隊仍考慮將其作為靈感，以利用這種相同的機制可持續(xù)地制造出新的“神奇”材料。

    Nam也認為這種方法不僅可以影響石墨烯的生產(chǎn)，而且還可以為其他材料的蝕刻和分層加工提供一種綠色和經(jīng)濟的技術。

    他總結(jié)說：“如果你有興趣制造世界上最好的晶體管，你必須使用最干凈，最純凈的材料進行合成和轉(zhuǎn)移。因此，在這里我們向社會提供這個機會。此外，很多人也試圖測量其他材料的內(nèi)在特性。而我們的方法也將幫助他們做到這一點。”

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責任編輯：殷鵬飛

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