激光网3月30日消息，石墨烯是排列在二维蜂窝晶格中的单层碳原子，自发现以来就因其非凡的性能而吸引了研究人员。然而，实现石墨烯全部潜力的道路受到与以具有成本效益和可扩展的方式生产大型、高质量石墨烯薄膜相关的挑战的阻碍。
在过去的十年中，化学气相沉积已成为生长高质量、连续石墨烯薄膜的主要方法。尽管取得了显著的进步，例如合成了一英尺长的单晶石墨烯薄膜，并在短短10分钟内生产了4英寸的单晶石墨烯晶片，但由于需要复杂的合成条件，CVD方法在效率和均匀性方面仍然面临局限性。种植大面积、均匀的石墨烯薄膜仍然是一个重大挑战，特别是在满足工业规模生产需求方面。
在最近的一项突破中，来自中国北京国家纳米科学技术中心纳米材料生物医学效应和纳米安全中科院重点实验室的一组研究人员开发了一种生长石墨烯的新方法，该方法克服了与传统CVD技术相关的许多限制。他们的扫描电磁感应淬火方法可以在露天超快速合成大尺寸、均匀的石墨烯玻璃，而无需真空室或催化剂。
该研究成果已发表在Advanced Functional Materials上。
SEMI方法的工作原理是使用电磁感应仪器快速加热石墨板，石墨板与涂有聚多巴胺薄层的玻璃基板紧密接触。当感应线圈在基板上移动时，玻璃被瞬间加热，并沿着线圈的路径在表面上形成连续的石墨烯膜。这种方法允许石墨烯薄膜的生长而不受真空室施加的尺寸限制，使其比CVD更具可扩展性。
使用SEMI方法，研究人员在短短2分钟内生产了400毫米×400毫米的石墨烯玻璃，这是对CVD技术的显着改进。所得石墨烯玻璃具有优异的均匀性、薄膜附着力和全覆盖率，表面电阻低于500 Ω sq-1，远低于其他方法制备的石墨烯。此外，石墨烯玻璃表现出出色的热稳定性，在高达1000°C的温度下保持稳定的性能，超过了其他透明导电材料的稳定性。
与CVD相比，SEMI方法具有几个关键优势，包括能够在露天高温下生长石墨烯，确保均匀加热和冷却的扫描方法，以及与柔性基板的卷对卷加工的兼容性。通过消除对真空室和催化剂的需求，SEMI方法大大减少了生产时间和成本，同时使石墨烯能够在几乎任何尺寸的基板上生长。
石墨烯玻璃的潜在应用范围广泛，横跨电子、储能、航空航天、医药等行业。在电子领域，石墨烯玻璃可以彻底改变触摸屏、柔性显示器和太阳能电池的生产，与现有材料相比，具有卓越的透明度、导电性和耐用性。在能源领域，石墨烯玻璃可以开发更高效、更轻便的电池和超级电容器。对于航空航天和汽车应用，石墨烯玻璃可以制造出更坚固、更轻、更热稳定的组件。在医学上，石墨烯玻璃可用于开发先进的生物传感器、药物输送系统，甚至人造器官。
随着对SEMI方法的研究继续进行，该工艺的进一步优化和扩大有望在石墨烯薄膜的生产方面取得更大的进步。该技术在各种玻璃基板上的成功演示，包括石英、微晶玻璃和玻璃纤维纹理，凸显了其多功能性和与现有制造工艺集成的潜力。
然而，在充分实现SEMI方法的潜力方面仍然存在挑战。需要进一步研究来优化工艺参数，例如PDA层的组成、温度和感应线圈的速度，以实现最佳的石墨烯质量和均匀性。此外，虽然SEMI方法具有高度可扩展性，但仍需要开发大规模生产所需的基础设施和供应链。
尽管存在这些挑战，SEMI淬火方法的发展代表了生产用于工业应用的大面积、高质量石墨烯薄膜的重大飞跃。通过实现均匀石墨烯玻璃在露天的超快速生长，这种创新方法克服了传统CVD方法的局限性，为经济高效、大规模生产石墨烯器件铺平了道路。
在未来几年，随着研究人员不断完善和优化这一突破性技术，我们可以期待看到基于石墨烯的技术的新时代，这些技术利用这种材料的非凡性能在广泛的行业中创造变革性的应用。SEMI方法使我们离实现石墨烯的全部潜力又近了一步。
