巧用细菌还原大批量快速生产石墨烯!

行业新闻 2019/09/23 11:27

        被誉为新材料之王的石墨烯自诞生以来,因其优异的光学、电学、力学特性,在新能源、航空航天、生物医学和药物传递等领域拥有广阔的应用前景,成为材料界的宠儿。  


        尽管材料界看好石墨烯的应用,但摆在现实面前的是,石墨烯无法低成本、大规模地进行生产,这严重阻碍了石墨烯的发展以及应用。对于科研人员而言,如何让石墨烯大批量快速生产,是首要难题。


石墨烯的诞生与制备


        石墨烯存在于自然界,但难以剥离出单层结构。层层叠叠的石墨烯形成了肉眼可见的石墨,1毫米厚度的石墨大约包含300万层石墨烯。我们用铅笔轻划过纸张,留下的痕迹就可能是一层甚至几层石墨烯。

        2004年,英国曼彻斯特大学的科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫用重复用特殊胶带粘住石墨片这一动作,通过多次不断的剥离,最终获得了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。


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        当前业界制备石墨烯的方法多种多样,较为常用的方法是使用化学气相沉积,或通过将石墨粉碎成氧化石墨烯、然后化学还原的方式来制备石墨烯。遗憾的是,这两种方法都要用到刺激性的化学品。除此外,还有难以实现大规模合成的机械剥离法、石墨烯生产厚度不均的取向附生法、对设备要求高的碳化硅外延法等。


特种细菌制备法


        罗切斯特大学生物学副教授Anne S. Meyer在《ChemOpen》杂志上发表的一篇论文,文中提出了一种生产石墨烯材料的新方法,研究人员将石墨氧化物与细菌混合,细菌将石墨氧化物还原,从而可大规模生产石墨烯材料。

        他们首先去除材料的石墨层,生成单层石墨烯氧化物,而后将其与Shewanella细菌混合,并保持足够时间让它们充分接触。经过一段时间后,Shewanella细菌就能够将单层石墨烯氧化物还原为石墨烯材料。


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产品开发与应用


        Meyer说:“氧化石墨烯易于生产,但由于含氧基团,因此它的导电性并不理想。而Shewanella细菌会除去大部分的含氧基团,从而将其转化为导电材料。

        通过Shewanella细菌生产的石墨烯材料不仅具有良好的导电特性,同时比化学法生产的石墨烯更薄、更稳定且能够存储更长的时间,且适用于多个领域的产品开发。

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  2. 导电油墨可以用来制造速度更快、效率更高的电脑键盘、电路板或用于汽车挡风玻璃除霜的小型电线,导电油墨也可用于在织物或纸张等非传统材料上制作电路。


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        此外,科学家还表示可以开发出一种“细菌光刻”技术,用于制造仅在一侧导电的石墨烯材料,有望推动纳米复合材料的研究发展。

来源:Goodfellow