石墨烯电阻率最小、导电性极佳,同时也是目前发现最薄也最硬的材质,科学家与研究人员前仆后继将其导入各项应用,包含半导体、触控屏幕、电池都可望因为石墨烯而有所革新,俨然成为万能材料,但这项起初被视为假设性结构的材料,在科学家最终以各式方法提炼制备出来后,价格却是居高不下,现在终于有望突破。
澳洲最高研究机构联邦科学与工业研究组织(CSIRO)近期公布最新研究,发现能以低成本方式从大豆提炼出用于电子制造的石墨烯材料,有望移除石墨烯一直以来高昂价格的商用障碍。
过往,石墨烯可透过有机械剥离、化学还原或热化学气相沉积等方式备制,但不是难以大面积生产,就是提取方法繁琐、成本高昂危险性高,以热化学气相沉积提炼而言,得在高度控制的爆炸压缩气体环境,透过长时间高温(通常在摄氏 1,000 度以上)、真空等方式提炼。
根据目前的技术,一片 4 吋左右的石墨烯薄膜要价高达 750 美元,CSIRO 则发明一种新兴的“GraphAir”技术,强调在一般环境就能提取石墨烯,CSIRO 科学家、研究作者之一的 Zhao Jun Han 指出,新的技术有望让石墨烯价格降至目前的十分之一。
分离出石墨烯的主角,就是一般我们所见的大豆。
石墨烯是由单层碳原子组成,形状呈六角蜂巢晶格、只有一个原子厚度的二维材料,研究团队将多晶镍(Ni)薄片做为催化剂,与大豆油前驱物(precursor)共同在一般空气环境中加热,当加热温度来到摄氏 800 度,大豆中的碳结构开始解离,并溶解至镍金属薄片,经过三分钟退火,促进碳原子在镍溶解,最后透过快速冷却碳从中分离并在镍表面形成结晶,因此生成单层至数层的石墨烯薄膜,生成的薄膜可再剥离置于玻璃基板。
(Source:Nature)
CSIRO 科学家、共同作者 Dong Han Seo 强调,以此 GraphAir 技术分离出石墨烯,其品质与一般传统方法所产生的石墨烯并无相异,研究人员 Zhao Jun Han 则指出,这样以一般气压环境条件制备的石墨烯,过程更快速、简单、安全,且方法具有可扩展性,有望降低生产成本并提高石墨烯的应用。
研究同时刊载于近期的科学期刊《Nature》,下一步,团队期望透过烧烤或烹饪剩余的废弃食用油转化为石墨烯薄膜,做到废物变黄金。
- Nature 期刊:Single-step ambient-air synthesis of graphene from renewable precursors as electrochemical genosensor
- A breakthrough by CSIRO-led scientists has made the world’s strongest material more commercially viable, thanks to the humble soybean.
- Scientists cook up material 200 times stronger than steel out of soybean oil
- Australian scientists use soybean oil to create graphene
(首图来源:CSIRO)
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