石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料，是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料。石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。但是石墨烯的大規(guī)模工業(yè)制備一直是世界性難題。最近浙江大學(xué)高分子系實(shí)驗(yàn)室取得了這方面的一個(gè)重要突破，通過(guò)使用新型的鐵系氧化劑取代傳統(tǒng)氧化劑，實(shí)現(xiàn)了快速、低成本、無(wú)污染制備石墨烯的新技術(shù)，有望解決這種材料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)難題。
 

浙江大學(xué)高分子系教授高超展示了一種類似咖啡粉的褐色粉末
 

　　“生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，用新方法在1個(gè)小時(shí)之內(nèi)，就能做出這樣的單層氧化石墨烯，未來(lái)有望在工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。”浙江大學(xué)高分子系教授高超說(shuō)，并在一個(gè)裝滿了瓶瓶罐罐的實(shí)驗(yàn)室中展示了一種類似咖啡粉的褐色粉末。

　　《自然-通訊》雜志日前發(fā)表了一篇由高超教授課題組完成的石墨烯制備研究成果。該成果避開(kāi)現(xiàn)有石墨烯制備方法的諸多缺陷，突破了傳統(tǒng)氧化石墨烯制備方法，找到了一條低成本制備單層石墨烯的“綠色”路線。
 

石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的類似正六角形的“蜂窩狀”薄片。
20萬(wàn)片石墨烯加在一起，才相當(dāng)于人類的一根頭發(fā)絲粗細(xì)。
 

　　石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的類似正六角形的“蜂窩狀”薄片。“20萬(wàn)片石墨烯加在一起，才相當(dāng)于人類的一根頭發(fā)絲粗細(xì)。”高超教授解釋說(shuō)，此前碳的這種二維結(jié)構(gòu)形式一直存在于科學(xué)家的猜想中，卻一直難以實(shí)現(xiàn)，其中的關(guān)鍵性難題就是如何把石墨分層到極薄的薄片。

　　2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的海姆和諾沃肖洛夫最終制成了厚度只有0.335納米的石墨烯，這是世界上第一次得到單層石墨烯，兩人也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。目前，由兩人提出的膠帶紙粘貼法演化而來(lái)的機(jī)械剝離法已成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的一種常用方法。然而，該方法局限性十分明顯，制成的是不同層數(shù)的石墨烯混合物，難以大規(guī)模制備單層石墨烯。

　　在高超教授看來(lái)，石墨烯若要真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，有三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決：原料、材料和器件。原料就是石墨烯，尤其是單層石墨烯；材料是石墨烯原料組裝成的宏觀材料；器件就是把材料做成有功能的裝備。“宏觀材料問(wèn)題已經(jīng)基本解決了，最根本的原料問(wèn)題仍然處于探索之中。”他說(shuō)。

　　經(jīng)過(guò)多年探索，該研究團(tuán)隊(duì)終于發(fā)現(xiàn)了一種新型、廉價(jià)、無(wú)毒的鐵系氧化劑，取代了沿用半個(gè)多世紀(jì)的氯系、錳系氧化劑，使石墨烯制備過(guò)程快、成本低、無(wú)污染，適用于工業(yè)化大規(guī)模制備。《自然-通訊》審稿人評(píng)價(jià)：“該方法對(duì)石墨烯未來(lái)的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要意義。”
 

浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)室制備的石墨烯材料樣本
 

　　關(guān)于新的石墨烯生成技術(shù)，高超教授解釋說(shuō)，鐵氧化劑分子的“奔跑”速度非常快，可以像楔子一樣，快速穿插進(jìn)入石墨內(nèi)部，使其快速分層。“在此過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生氧氣，這些氣體會(huì)幫助其‘頂’開(kāi)層層石墨，使制備速度加快。”他說(shuō)。