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石墨烯玻璃：傳統(tǒng)玻璃與石墨烯的無缺結合

2015-11-20 來源： X-MOL資訊

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【中玻網(wǎng)】玻璃由于其良好的透光性和低廉的成本，是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚膫鹘y(tǒng)建筑材料。石墨烯是一種具有單原子層厚度的新型明星材料。將石墨烯與玻璃無缺結合，發(fā)展出一種新型復合材料—石墨烯玻璃，既能夠保持玻璃本身透光性好的優(yōu)點，又能將石墨烯非常高導電性、導熱性和表面疏水等優(yōu)異特性賦予玻璃，有望較大地拓展玻璃的應用空間，引發(fā)玻璃產(chǎn)業(yè)從大批量低附加值的應用到節(jié)約型高附加值應用的革命性轉(zhuǎn)變。
　　
　　當前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法來獲得。這些方法獲得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的問題，從而嚴重影響石墨烯玻璃的性能。同時，傳統(tǒng)制備方法存在操作繁復、成本高、產(chǎn)率低等問題，因而難以滿足大規(guī)模應用的需求。因此，發(fā)展一種在玻璃基底上直接生長石墨烯的新方法，是目前相關研究中面臨的重大挑戰(zhàn)。
　　
　　北京大學劉忠范院士領導的研究團隊利用化學氣相沉積的方法，通過優(yōu)化生長條件，在玻璃表面成功地實現(xiàn)了石墨烯的直接生長。通過對反應氣體濃度、生長溫度和生長時間的準確調(diào)控，劉院士的科研團隊成功克服了玻璃表面催化裂解前驅(qū)體能力低，碳碎片在基底表面遷移能力弱等難題，在耐高溫玻璃表面實現(xiàn)了大面積、層數(shù)可控、高品質(zhì)的石墨烯生長。利用這種方法獲得的石墨烯玻璃，具有玻璃與石墨烯的界面接觸良好、界面純凈等優(yōu)異特性。
　　
　　由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性，以及石墨烯的導電、導熱和表面疏水性等優(yōu)點，研究人員將其應用于熱致變色窗口、防霧視窗以及光催化等方面。研究發(fā)現(xiàn)，一方面，由于石墨烯本身的電阻適中，通電時產(chǎn)生的熱量足以使熱致變色涂層的顏色發(fā)生改變，因此可以做為一種合適的窗口材料。另一方面，通電時石墨烯產(chǎn)生的熱量還可以用來去除材料表面的水霧，不通電的情況下，利用石墨烯本身的疏水特性也可以自發(fā)舒緩水霧形成。因此，石墨烯玻璃防霧視窗同時具備了主動和被動防/除霧的能力。此外，在玻璃表面直接生長的石墨烯均勻性良好，可以做為一種循環(huán)使用的光催化的理想基板。通過化學方法將光催化劑負載到石墨烯玻璃表面，可以有效地提升催化效率。
　　
　　劉忠范院士相信，石墨烯玻璃在未來必將有非常廣闊的應用前景，對于玻璃產(chǎn)業(yè)和石墨烯材料而言都是至關重要的。
　　
　　該項研究得到了科技部（2013CB932603，2012CB933404，2011CB921903，2013CB934600）、國家自然科學設立資金（51432002，51290272，51121091，51222201，11222434）、教育部（20120001130010）和北京市科學技術委員會（Z5013）等項目的資助
　　
　　

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