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三维石墨烯真的有那么神奇?

2020-11-27 17:05:19
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石墨烯是一种二维零带隙半导体,具有许多不同寻常的特性和应用。石墨烯纳米带是石墨烯的一部分,其对称性和宽度决定了它们的电性能,引起不寻常的量子力学现象。近日, 在金属表面上制备的石墨烯纳米带的合成和研究已经取得了成功,可以通过扫描探针显微镜研究。然而,由于表面参与石墨烯纳米带的合成和稳定, 将这些技术扩展到三个维度是不可能的。

  尽管大多数早期和当前对三维石墨烯熔体材料的研究主要集中在室温条件,但考虑到其在艰难条件下应用的前景,如防辐射、灭火剂及气体过滤等,这些材料在高温下的动力学和热机性能也非常值得深入研究和探索。因此,在更广的温度变化范围内探究和理解这些石墨烯材料对于“结构-性质”关系的延伸至关重要。

  目前,市场上生产的是二维石墨烯材料。其合成成本高、工艺复杂、污染大,且通常受德华力或悬键作用的影响,制成粉末样品后,容易堆积或团聚成石墨片,失去原有石墨烯材料的许多优良特性。

  三维石墨烯管可以快速有效的抓住有害有机物,黑色二氧化钛作为光催化剂,二者结合从而快速地将有毒有机物降解为二氧化碳和水。

  普通的石墨烯是二维的,类似于纸张平铺,而研制的三维石墨烯管犹如立体蜂巢,比表面积和中空体积增加,对有毒有机物的抓取量大大增加。

三维石墨烯

  目前三维石墨烯基材料面临的较大挑战主要有两点:一是对三维石墨烯材料孔径的准确调控。众所周知,均一的孔结构不仅可以提高催化反应的活性,而且可以产生独特的光学性质。其次是在不增加成本的情况下如何大规模生产少层甚至单层结构石墨烯组装而成的三维石墨烯基材料。气相沉积方法虽然可以合成层数较少的三维石墨烯材料,但是其不仅耗费高而且合成过程中孔径不易调控。

  由于石墨烯膜被淹没在水中时会变得膨胀起来,它不能过滤掉那些较微小的普通盐离子。为此,找到一个通过物理方式来控制薄膜在水中膨胀程度的方法。该方法使它们比普通盐离子的孔径更小,从而过滤掉不想要的盐、颗粒和分子。与此同时,这种薄膜仍然允许水流十分顺利地通过。

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