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Nature子刊:提高近1000倍!BGI团队实现蒙烯玻璃纤维织物快速制备

日期:2024-06-24 16:00:13    作者:宣传处    浏览量:445 次

成果介绍


石墨烯在介电/绝缘材料上的直接化学气相沉积(CVD)生长是实现其实际应用的重要策略。“超级蒙烯材料”是北京石墨烯研究院(BGI)提出的石墨烯应用的新思路。该思路通过高温生长过程和巧妙的工艺设计,在传统材料表面沉积连续态石墨烯薄膜。借助高性能石墨烯“蒙皮”,赋予传统材料全新的功能,让原子级厚度的石墨烯薄膜搭乘传统材料载体走进市场。蒙烯玻璃纤维是北京石墨烯研究院自主研发的一类新型复合材料,是超级蒙烯材料的典型代表。


目前,蒙烯玻璃纤维已经实现在飞行器防除冰、风电叶片防除冰等领域的应用落地。然而,在不断推进蒙烯玻璃纤维应用转化的同时,材料的制备产能与成本逐渐成为制约其实际应用的瓶颈。区别于催化性金属衬底上石墨烯的CVD生长,石墨烯在无催化非金属衬底上的生长面临着诸多棘手问题,特别是生长速率受限问题,严重阻碍了材料的大规模生产与应用。


针对这一问题,北京石墨烯研究院提出了高电负性粒子与活性碳物种在玻璃纤维衬底表面“共吸附”的控制策略,利用工业上常用的二氯甲烷作为碳源,加速石墨烯CVD生长中的碳源裂解、吸附和石墨烯边缘脱氢等一系列基元步骤,实现了石墨烯生长速率的大幅提升,仅需30 s即可实现石墨烯在玻璃纤维织物表面的全覆盖,比传统生长方法提高了约3个数量级,碳利用率提高约960倍。相关研究成果以“Multispecies-coadsorption-induced rapid preparation of graphene glass fiber fabric and applications in flexible pressure sensor”为题,于6月12日发表在《Nature Communications》上。

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图2: 玻璃纤维上不同碳源条件下(a)与不同衬底上(b)石墨烯的生长速率对比。

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图3: 密度泛函理论(DFT)计算揭示二氯甲烷CVD体系中石墨烯快速生长的机制。


总结与展望



北京石墨烯研究院科研团队开展的本研究工作,实现了石墨烯在玻璃纤维表面生长速率的大幅提升,该方法在蒙烯玻璃纤维批量制备的产能提升与节能降耗方面展现出了突出的优势,为蒙烯玻璃纤维织物的大面积、规模化应用提供了重要基础。研究还指出,未来将继续致力于解决石墨烯CVD生长中质量和速率之间的平衡问题,并探索蒙烯玻璃纤维更多可能的工程化应用场景。
原文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-48958-y





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