三維石墨烯體相材料的制備及其性能研究
制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨(dú)特本征性質(zhì)的石墨 烯三維體相材料是材料學(xué)研究中兼具學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用意義的重大挑 戰(zhàn)。本項(xiàng)目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料,其由大量獨(dú)立 且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成。該材料具 有良好的機(jī)械性能,在常溫可見光下作用下具有電子發(fā)射能力,在瓦 特功率級(jí)別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下,厘米尺寸的此石 墨烯材料樣品可以在真空條件下實(shí)現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動(dòng),此現(xiàn)象為國 內(nèi)外所首次觀察及報(bào)道,為石墨烯帶來了一種激動(dòng)人心的潛在應(yīng)用價(jià) 值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化,能源轉(zhuǎn)換 與存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。 項(xiàng)目特色: 1.制備了基于二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成 三維石墨烯體相材料,該材料不僅保留了二維石墨烯材料的本征性質(zhì), 而且具備優(yōu)良的機(jī)械及光電性能。 2. 在國內(nèi)外首次觀察到厘米級(jí)尺寸的裸眼可見的宏觀石墨烯樣 品,只依靠瓦特級(jí)別的光作為單一驅(qū)動(dòng)源,即可實(shí)現(xiàn)較大距離(數(shù)十厘 米)的有效的運(yùn)動(dòng),并提出了光致電子發(fā)射驅(qū)動(dòng)的機(jī)理解釋上述三維 石墨烯體相材料獨(dú)特的光驅(qū)動(dòng), 3. 上述材料的制備與性能研究揭示通過有效合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑手 段,能夠得到以二維石墨烯作為構(gòu)成單元,并有效保留其獨(dú)特二維性 質(zhì)和兼具三維宏觀形態(tài)的石墨烯體相材料,此項(xiàng)研究為其它二維材料 的開展類似工作并拓展其應(yīng)用提供了范例和思路。已取得的成果: 項(xiàng)目的標(biāo)志性研究結(jié)果于 2015 年 6 月在線發(fā)表于 Nature Photonics,并于 2015 年 7 月正式發(fā)表(Nature Photonics, 2015, 9, 471- 476)。雜志同期以“Two-dimensional materials: Lift off for graphene” 發(fā)表了專題評(píng)論。英國著名科普雜志 New Scientist 以“Spacecraft built from graphene could run on nothing but sunlight”為題報(bào)道了此研究, 指出該成果“再為石墨烯這種優(yōu)良材料增添了一種驚人的性能”。國 內(nèi)主要媒體包括人民日?qǐng)?bào)、光明日?qǐng)?bào)、新華網(wǎng)以及多家門戶網(wǎng)站等均 對(duì)此研究進(jìn)行了報(bào)道,中央電視臺(tái)《新聞聯(lián)播》欄目于 2015 年 6 月 21 日也對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道。 市場(chǎng)應(yīng)用前景: 空間飛行器是人類探索宇宙的重要工具,而動(dòng)力源問題一直羈絆 著人類無法走得更遠(yuǎn)。目前幾乎所有的航空、航天飛行均采用化學(xué)驅(qū) 動(dòng),即通過噴射燃燒的化學(xué)物質(zhì)來獲得驅(qū)動(dòng)力,光直接驅(qū)動(dòng)飛行是科 學(xué)界和航空界多年的夢(mèng)想。
南開大學(xué)
2021-04-13