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研究释放了超级材料石墨烯的全部潜力

发布时间:2019-01-31 10:18:36 来源:

新的研究揭示了为什么“超级材料”石墨烯没有按照承诺改变电子产品,并展示了如何使其性能翻倍并最终利用其非凡的潜力。

石墨烯是有史以来最强的材料。它还具有柔韧性,透明性,比铜更耐热10倍。

在石墨烯研究获得2010年诺贝尔物理学奖后,它被誉为柔性电子,更强大的计算机芯片和太阳能电池板,水过滤器和生物传感器的变革材料。但业绩好坏参半,行业采用缓慢。

现在,Nature Communications上发表的一项研究发现,硅污染是导致结果令人失望的根本原因,并详细说明了如何生产性能更高的纯石墨烯。

由Dorna Esrafilzadeh博士和Rouhollah Ali Jalili博士领导的RMIT大学团队使用最先进的扫描过渡电子显微镜,逐个原子地检查商业上可获得的石墨烯样品。

“我们发现商用石墨烯中的硅污染程度很高,对材料的性能产生了巨大影响,”Esrafilzadeh说。

测试表明,天然石墨中存在的硅(用于制造石墨烯的原材料)在加工时未完全去除。

Esrafilzadeh说:“我们认为这种污染是石墨烯性质和许多其他原子级薄二维(2D)材料的许多看似不一致的报告的核心。”

“石墨烯被认为具有变革性,但到目前为止还没有产生重大的商业影响,就像有一些类似的2D纳米材料一样。现在我们知道它为什么没有像承诺的那样表现,以及需要做些什么才能发挥其全部潜力“。

测试不仅确定了这些杂质,而且还证明了它们对性能的主要影响,受污染的材料在作为电极测试时性能高达50%。

“这种程度的不一致可能阻碍了基于石墨烯的系统的主要行业应用的出现。但它也阻碍了管理这种分层纳米材料实施的监管框架的发展,这些纳米材料注定要成为下一代设备的支柱, “ 她说。

石墨烯片的二维特性仅为一个原子厚度,使其成为电力储存和依赖于高表面积的新传感器技术的理想选择。

这项研究揭示了2D性质如何也是石墨烯的跟腱,因为它非常容易受到表面污染,并强调了高纯度石墨对于生产更纯净的石墨烯的重要性。

使用纯石墨烯,研究人员展示了材料在用于制造超级电容器(一种超级电池)时的表现非常好。

经过测试,该设备保持电荷的能力很大。实际上,这是石墨烯迄今为止记录的最大容量,也是材料预测理论容量的最大容量。

该团队与RMIT的先进材料和工业化学中心合作,然后使用纯石墨烯制造了一种多功能湿度传感器,具有最高的灵敏度和最低的检测限。

这些发现构成了完全理解原子级薄二维材料及其在高性能商用设备中成功集成的重要里程碑。

“我们希望这项研究有助于释放这些材料令人兴奋的潜力。”

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