使用蘇打水（碳酸）作為電解質(zhì)，使得化學(xué)氣相沉積合成的石墨烯易于通過(guò)蝕刻不足的分層進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而允許多次重復(fù)使用金屬催化劑基質(zhì)。

    圖片來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程系

    無(wú)論你將其稱之為泡騰，汽水或氣泡水，碳酸飲料都一直是最流行的飲料。伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員發(fā)現(xiàn)碳酸飲料除了可以消除口渴外，還發(fā)現(xiàn)了這些“泡沫”配方對(duì)世界上最薄，最平坦，最有用的石墨烯制造商具有重大影響。

    石墨烯成為先進(jìn)的“神奇”材料，與其制造出的速度和質(zhì)量至關(guān)重要。考慮到這一點(diǎn)，伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程系的SungWoo Nam教授研究組開(kāi)發(fā)了一種更清潔和更環(huán)保的方法，即以碳酸形式的二氧化碳（CO2）作為電解質(zhì)溶液來(lái)隔離石墨烯。其研究結(jié)果發(fā)表在最新的《材料化學(xué)學(xué)報(bào)》雜志上。

    Nam是2D材料領(lǐng)域的專家，他對(duì)于傳感器或靈敏設(shè)備中使用的石墨烯特別感興趣，例如，當(dāng)直接接觸到皮膚上時(shí)，可穿戴貼片是這樣的薄而透明又不引人注意。目前，Nam已經(jīng)開(kāi)展了工業(yè)制造可穿戴石墨烯傳感器的項(xiàng)目。

    通過(guò)使用化學(xué)氣相沉積法在金屬基底（通常為銅箔）上合成石墨烯。生產(chǎn)石墨烯的一個(gè)特別棘手的問(wèn)題是如何將這種原子級(jí)的超薄材料與其天然金屬基底分開(kāi)，以便集成到有用的器件中。這通常包括將高純度金屬溶解或?qū)⑵鋸幕纳戏謱?- 這需要使用保留頑固殘留物的刺激性強(qiáng)的化學(xué)品。超薄石墨烯還需要涂覆聚合物支撐層，如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（聚甲基丙烯酸甲酯），而這需要經(jīng)常使用有毒性和致癌性的溶劑。

    Nam的博士生導(dǎo)師，首席研究員Michael Cai Wang表示： “就我們而言，我們正在通過(guò)生物物質(zhì)衍生的聚合物乙基纖維素作為涂層。乙基纖維素通常作為便宜又普通的食品添加劑，且僅在乙醇溶劑中溶化。這不僅使得我們的石墨烯轉(zhuǎn)移過(guò)程更環(huán)保，而且也與現(xiàn)在各種聚合物和軟生物材料（例如通常使用的塑料和水凝膠）相容，否則其無(wú)法耐受刺激性強(qiáng)的溶劑。”

    Nam指出：“轉(zhuǎn)移石墨烯后，不需要進(jìn)一步漂洗，碳酸就會(huì)像二氧化碳和水一樣簡(jiǎn)單地蒸發(fā)掉。因此，通過(guò)消除常規(guī)的重復(fù)和繁瑣的沖洗過(guò)程，節(jié)約了水和時(shí)間。在使用NaOH或NaCl等電解質(zhì)時(shí)，鈉傾向于保留在石墨烯上，而這很難完全擺脫。”

    Wang說(shuō)：“通過(guò)使用碳酸將銅箔從石墨烯上剝離出來(lái)，使得我們可以多次重復(fù)利用生長(zhǎng)基底，而不是為此花費(fèi)大量的材料和成本。”

    Nam認(rèn)為：“客觀的說(shuō)，我們?yōu)樯鐣?huì)帶來(lái)的是激勵(lì)人們考慮一個(gè)更清潔的方法來(lái)制造石墨烯。我們正在努力改進(jìn)已建立的協(xié)議，以便業(yè)界能夠輕松采用我們的技術(shù)。但由于許多裝置被以前使用的化學(xué)品污染，所以不可避免地會(huì)影響石墨烯的性質(zhì)。”

    Wang解釋道：“石墨烯剛剛開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室慢慢成熟，最終成為商業(yè)應(yīng)用。一旦開(kāi)始大規(guī)模制造，工人的健康也是一個(gè)重要的考慮因素，這也是我們要求更環(huán)保的過(guò)程的另一個(gè)考慮之處。”

    除了制作我們鐘意的咖啡杯或香檳杯，該團(tuán)隊(duì)還希望科學(xué)界可以將其作為靈感以尋找更新穎的方式來(lái)利用剩余的二氧化碳作出實(shí)際應(yīng)用。他們?cè)O(shè)想延長(zhǎng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境中碳的有用生命周期，同時(shí)分散和減輕其排放到大氣層的量。雖然海洋酸化是地球大氣中二氧化碳濃度日益增長(zhǎng)所帶來(lái)的的不良后果，但研究團(tuán)隊(duì)仍考慮將其作為靈感，以利用這種相同的機(jī)制可持續(xù)地制造出新的“神奇”材料。

    Nam也認(rèn)為這種方法不僅可以影響石墨烯的生產(chǎn)，而且還可以為其他材料的蝕刻和分層加工提供一種綠色和經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。

    他總結(jié)說(shuō)：“如果你有興趣制造世界上最好的晶體管，你必須使用最干凈，最純凈的材料進(jìn)行合成和轉(zhuǎn)移。因此，在這里我們向社會(huì)提供這個(gè)機(jī)會(huì)。此外，很多人也試圖測(cè)量其他材料的內(nèi)在特性。而我們的方法也將幫助他們做到這一點(diǎn)。”

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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