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石墨烯研究最新進展匯總(10.1-10.15)


我國石墨烯基礎研究領域取得重要進展


近日,內蒙古農業大學材料科學與藝術設計學院郭澤宇副教授在納米材料國際知名期刊《Carbon》上在線發表了題為“Hollow‘graphene’microtubes using a polyacrylonitrile nanofiber template and their potential applications of field emission”(基于納米纖維模板法制備中空石墨烯微管及在場發射中的潛在應用)的學術論文。


該研究報告了一種將石墨烯納米片連接起來形成石墨烯空心微管(GHMs)的簡易化制備過程,通過改變反應條件,可在100-500 nm范圍內調節管徑。研究發現,在氨氣氣氛下對氧化石墨烯(G-O)/PAN碳纖維進行退火時,石墨烯納米片邊緣的N原子可以取代C原子,石墨烯片可以無縫連接。G-O/碳納米纖維框架作為約束模板,石墨烯薄片圍繞其彎曲形成管狀結構。該成果在器件的場發射方面具有可觀的應用前景,其場發射特性為:低的導通電壓0.18 V/μm (J=10 μA/cm2)、低的閾值場0.35 V/μm (at J=10 mA/cm2)和高的場發射穩定性。這種制備石墨烯微管的工藝為規?;a直徑可調的石墨烯微管提供了可能性,這種直徑可調的石墨烯微管在生物醫學、藥物載體、農業化肥、生物質光合作用等方面都具有潛在的應用。


科學家用石墨烯熱運動產生電流,有望開發出取代低功耗電池的芯片


阿肯色大學(University of Arkansas)的一個物理學家團隊已經成功開發出了一種能夠捕獲石墨烯熱運動并將其轉換為電流的電路。


 

(圖片來源:阿肯色大學)


這項探索性研究的首席研究員、物理學教授保羅•蒂巴多(Paul Thibado)表示:“基于石墨烯的能量采集電路可以整合到芯片中,為小型設備或傳感器提供干凈、無限的低壓電源?!?/p>


該研究成果發表在《物理評論E》(Physical Review E)雜志上,證明了物理學家三年前在阿肯色大學所開發的理論,即獨立的石墨烯(單層碳原子)以某種方式被褶皺和彎曲,從而有望采集能量。


Advanced Functional Materials:基于石墨烯-Nafion復合薄膜的柔性可再生生物傳感器


哈爾濱工業大學機電工程學院潘昀路教授和郝壯博士研究團隊提出了一種基于石墨烯-Nafion復合薄膜的柔性可再生生物傳感器,該柔性納米傳感器可實現在不稀釋的真實人體汗液中對“炎癥風暴”標志物進行準確檢測。他們通過使用石墨烯-Nafion復合薄膜作為場效應晶體管的導電通道,極大的抑制了石墨烯表面非特異性吸附對傳感信號產生的干擾,并采用分子量較小的DNA適配體作為探針,減弱了德拜屏蔽作用。測試表明,該柔性納米傳感器可緊密貼合在人體的各個部位,并同時實現在未稀釋的人工汗液和真實人體汗液中對“炎癥風暴”標志物IFN-γ進行快速準確的檢測,檢測范圍為0.015 to 250 nM,檢測極限為740 fM。由于石墨烯-Nafion復合薄膜的獨特性質,納米傳感器同時還具有可再生的特性,在經過80次再生循環后,機械,電氣性能和傳感信號仍可保持與初次使用時極高的一致性。


該研究中所設計制造的基于石墨烯-Nafion復合薄膜的柔性傳感器不但可以作為一種普適的方法,在改善其他納米材料傳感器檢測性能方面得到廣泛的研究,而且有望促進納米傳感器在個人醫療健康領域的進一步發展。


EnSM:石墨烯層結構的可控調節及其高倍率儲鈉


目前,雖然通過復合或摻雜等方法達到了擴大石墨及其衍生物層間距的目的,但如何可控地調節石墨及其衍生物的層間距并研究層間距對儲鈉倍率性能和鈉離子擴散動力學的影響仍然是亟待討論的科學問題。近日,蘭州理工大學劉卯成副教授課題組和臺灣新竹清華大學闕郁倫教授課題組合作展示了一種通過二胺分子(H2N(CH2)xNH2,x=2, 3, 4)表面的氨基(-NH2)和氧化石墨烯(GO)表面的羧基(-COOH)之間脫水縮和形成酰胺鍵(HN-C=O)將二胺分子“鎖定”在GO層間的方法,制備出了一系列層間距可控調節的具有“雙鎖鏈”結構的多層GO(xDM-GO,x=2, 3, 4)。所制備的xDM-GO的層間距可在0.90 nm到0.97 nm之間可控調節,相比于層間距為0.88 nm的GO,具有擴大層間距的xDM-GO可以為鈉離子的擴散提供更短的通道,并減小鈉離子擴散的勢壘。同時,增大的比表面積可以暴露出更多儲鈉活性位點,提高儲鈉倍率性能。xDM-GO層間的鏈狀二胺分子具有柱撐/牽引的作用,有效地緩解了其在鈉離子嵌入/脫出過程中的堆疊和體積膨脹,從而保持良好的循環穩定性。本工作還在可控調節層間距的前提下,研究了層間距對于儲鈉倍率性能和鈉離子擴散動力學的影響。該文章發表在Energy Storage Materials上。 


崔屹《Science》子刊:石墨烯層中插入碳球,實現優于活性炭的高甲苯、丙酮吸附量,高H2儲存!


美國斯坦福大學材料科學與工程系崔屹教授,勞倫斯伯克利國家實驗室材料科學系Jeffrey A. Reimer教授(共同通訊)設計了分層納米多孔膜(HNMs),一類結合碳球和氧化石墨烯的納米復合材料。分級碳球,使用化學活化結合微波加熱,作為間隔劑和吸附劑。分層碳球阻隔了氧化石墨烯的團聚,而氧化石墨烯薄片則是物理分散的,確保了結構的穩定性。所獲得包含微孔的HNMs,這些微孔由超微孔和中孔組成,從而導致高VOCs/H2吸附能力,在200ppmv和3.3wt%(77K和1.2bar)下分別高達235和352mg/g。該工作大大擴展了HNMs在環境和能源領域的應用潛力。該論文以“Designing hierarchical nanoporous membranes for highly efficient gasadsorption and storage”為題,發表在Science Advances。


美國研究人員通過堆疊和扭曲石墨烯發現了一種罕見的磁性


比亞大學和華盛頓大學的研究人員在三層石墨烯結構中發現了一種罕見的磁性。研究人員將單層石墨烯片疊放在雙層石墨烯片上,并將其扭曲約1度,在絕對零度以上幾度的溫度下觀察到了一系列絕緣狀態。這種狀態可以通過在石墨烯片上施加電場來控制:向單層石墨烯片施加電場,結構呈現扭曲的雙層石墨烯狀態;向雙層石墨烯片施加電場,結構呈現扭曲的四層石墨烯狀態。研究人員還在該結構中發現了一種新的磁性,不同于傳統的磁鐵通過電子自旋形成磁性,該結構的磁性是由電子的集體旋轉運動形成的。此外,研究人員還發現了該結構的拓撲結構,即類似于把不同類型的結綁在一根繩子上,這種材料的拓撲特性可能會變革信息存儲的方式,有望用于量子計算或新型節能數據存儲平臺。


信息來源:中國科學院微生物研究所、環球創新智慧、 materials views china、能源學人、高分子科學前沿、中國國防科技信息網等。


(中國粉體網編輯整理/三昧)

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(來源:中國粉體網)

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