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)出一種新型復合材料——石墨烯玻璃，既保持玻璃本身透光性好的優(yōu)點，又將石墨烯超高導電性、導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用空間，引發(fā)玻璃產(chǎn)業(yè)從大批量低附加值的應用到節(jié)約型高附加值應用的革命性轉(zhuǎn)變。

北京大學石墨烯玻璃研究被Nature Materials報道

　　當前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法來獲得。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題，從而嚴重影響石墨烯玻璃的性能。同時，傳統(tǒng)制備方法存在操作繁復、成本高、產(chǎn)率低等問題，因而難以滿足大規(guī)模應用的需求。因此，發(fā)展一種在玻璃基底上直接生長石墨烯的新方法，是目前相關(guān)研究中的一個重要課題。

　　北京大學劉忠范院士領(lǐng)導的研究團隊利用化學氣相沉積的方法，通過優(yōu)化生長條件，在玻璃表面成功地實現(xiàn)了石墨烯的直接生長。通過對反應氣體濃度、生長溫度和生長時間的精確調(diào)控，劉忠范科研團隊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現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯薄膜的可控生長。在石墨烯生長條件下，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)，課題組生長出尺寸和分布都很均勻的石墨烯圓片。利用直接生長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、界面無污染等優(yōu)異特性。

　　熔融態(tài)玻璃表面生長石墨烯的工作，被2015年10月出版的Nature Materials以研究亮點的形式進行了報道和關(guān)注(Nature Materials 2015， 14，1186)：“這項工作利用了熔融態(tài)玻璃表面各向同性的特點，實現(xiàn)了石墨烯均勻成核”“石墨烯玻璃可以應用于智能加熱器件”“整個生長過程與玻璃生產(chǎn)過程相類似，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，以及石墨烯的導電、導熱和表面疏水性等優(yōu)點，研究人員將其應用于熱致變色窗口、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，通電時石墨烯產(chǎn)生的熱量還可以用來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具備了主動和被動防/除霧的能力。此外，在玻璃表面直接生長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。通過化學方法將光催化劑負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，石墨烯玻璃在未來必將有非常廣闊的應用前景，對于玻璃產(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“劉忠范院士團隊實現(xiàn)石墨烯在玻璃表面的直接生長為題”進行了專題報道。

責任編輯：田雙

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