玻璃由于其良好的透光性和低廉的成本成為日常生活中必不可少的傳統(tǒng)建筑材料之一。石墨烯是一種具有單原子層厚度的新型“明星材料”。將石墨烯與玻璃完美結(jié)合，生產(chǎn)出一種新型復(fù)合材料——石墨烯玻璃，既保持玻璃本身透光性好的優(yōu)點(diǎn)，又將石墨烯超高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和表面疏水等優(yōu)異特性賦予玻璃，有望極大地拓展玻璃的應(yīng)用空間，引發(fā)玻璃產(chǎn)業(yè)從大批量低附加值的應(yīng)用到節(jié)約型高附加值應(yīng)用的革命性轉(zhuǎn)變。

北京大學(xué)石墨烯玻璃研究被Nature Materials報(bào)道

　　當(dāng)前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法來(lái)獲得。這些方法獲得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響石墨烯玻璃的性能。同時(shí)，傳統(tǒng)制備方法存在操作繁復(fù)、成本高、產(chǎn)率低等問(wèn)題，因而難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。因此，發(fā)展一種在玻璃基底上直接生長(zhǎng)石墨烯的新方法，是目前相關(guān)研究中的一個(gè)重要課題。

　　北京大學(xué)劉忠范院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)氣相沉積的方法，通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)條件，在玻璃表面成功地實(shí)現(xiàn)了石墨烯的直接生長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)反應(yīng)氣體濃度、生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)時(shí)間的精確調(diào)控，劉忠范科研團(tuán)隊(duì)成功克服了玻璃表面催化裂解前驅(qū)體能力低，碳碎片在基底表面遷移能力弱等難題，在耐高溫玻璃和普通玻璃上成功實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯薄膜的可控生長(zhǎng)。在石墨烯生長(zhǎng)條件下，普通玻璃以熔融狀態(tài)存在，表面高度均一并且各向同性，利用熔融態(tài)玻璃的這些性質(zhì)，課題組生長(zhǎng)出尺寸和分布都很均勻的石墨烯圓片。利用直接生長(zhǎng)方法獲得的石墨烯玻璃，具有玻璃與石墨烯的界面接觸良好、界面無(wú)污染等優(yōu)異特性。

　　熔融態(tài)玻璃表面生長(zhǎng)石墨烯的工作，被2015年10月出版的Nature Materials以研究亮點(diǎn)的形式進(jìn)行了報(bào)道和關(guān)注(Nature Materials 2015， 14，1186)：“這項(xiàng)工作利用了熔融態(tài)玻璃表面各向同性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了石墨烯均勻成核”“石墨烯玻璃可以應(yīng)用于智能加熱器件”“整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程與玻璃生產(chǎn)過(guò)程相類似，熔融態(tài)玻璃鋪展在液態(tài)錫表面，從而獲得光滑平整的玻璃”。

　　由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性，以及石墨烯的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和表面疏水性等優(yōu)點(diǎn)，研究人員將其應(yīng)用于熱致變色窗口、防霧視窗以及光催化等方面。研究發(fā)現(xiàn)，一方面由于石墨烯本身的電阻適中，通電時(shí)產(chǎn)生的熱量足以使熱致變色涂層的顏色發(fā)生改變，因此可以做為一種合適的窗口材料。另一方面，通電時(shí)石墨烯產(chǎn)生的熱量還可以用來(lái)去除材料表面的水霧，不通電的情況下，利用石墨烯本身的疏水特性也可以自發(fā)抑制水霧形成。因此，石墨烯玻璃防霧視窗同時(shí)具備了主動(dòng)和被動(dòng)防/除霧的能力。此外，在玻璃表面直接生長(zhǎng)的石墨烯均勻性良好，可以做為一種循環(huán)使用的光催化的理想基板。通過(guò)化學(xué)方法將光催化劑負(fù)載到石墨烯玻璃表面，可以有效地提升催化效率。

　　劉忠范相信，石墨烯玻璃在未來(lái)必將有非常廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于玻璃產(chǎn)業(yè)和石墨烯材料而言都是至關(guān)重要的。

　　該研究成果被X-MOL、烯碳咨訊等多家行業(yè)咨訊媒體分別以“石墨烯玻璃：傳統(tǒng)玻璃與石墨烯的完美結(jié)合”及“劉忠范院士團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)石墨烯在玻璃表面的直接生長(zhǎng)為題”進(jìn)行了專題報(bào)道。

責(zé)任編輯：田雙

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