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韩国和美国的研究人员近日表示，通过混合固态二氧化碳和相应溶剂，能简单、经济地大规模生产出高质量的纳米石墨烯薄片。相关研究报告发布在本周出版的美国《国家科学院院报》网络版上。
石墨烯源自石墨，因极佳的导电性、导热性和坚固性闻名。全世界的科学家都认为石墨烯将彻底改变计算、电子和医药领域现状，但无法大规模生产石墨烯薄片却阻碍了它的广泛应用。论文的共同作者、美国凯斯西储大学高分子科学和工程系的戴黎明（音译）教授表示，他们开发了一种低成本的简单方式，可大规模生产出质量更好的石墨烯薄片。而目前常用的是酸性氧化法，因需要使用有毒的化学物质，推广受到影响。
此次研究由韩国蔚山国立科技学院的白钟范（音译）教授主导。研究人员将石墨和固态二氧化碳置于充满不锈钢球的筒罐中，两天后可经羧酸和机械力磨制加工，生产出石墨薄片，且边缘处于打开状态，以便产生化学反应。由羧酸处理的边缘可使石墨溶于质子溶剂之中，其中包括水和甲醇；也可溶于极性非质子型溶剂中，包括二甲基亚砜等。
一旦分散在溶剂之中，石墨薄片就会分离成5层或层数更少的纳米石墨烯薄片。为测试这些材料能否直接形成电子应用所需的模塑物体，研究人员将样本压缩为芯块。对比后发现，这些芯块的导电性可比由酸性氧化石墨法生产出的传统芯块高688倍。
为了形成大面积的纳米石墨烯薄膜，科学家基于3.5厘米×5厘米的硅晶片，对压缩芯块进行2小时高达900摄氏度的加热。随后，磨制而成的薄片边缘脱去了羧基，这意味着纳米薄片的边缘可与临近的薄片发生强劲的氢键结合，并保持黏合的状态，而酸性氧化压缩而成的芯块则会在加热过程中发生破碎的状况。研究人员表示，这一过程只会受到晶片的尺寸限制，生成的大面积薄膜的导电性将远超过酸性氧化法的产物，同时还将保有更高的透光率。
此外，通过改用氨或三氧化硫作为干冰的替代物，并使用不同的溶剂，科学家能自定义适用于电子产品、超级电容和可取代铂的无金属催化剂等不同应用的石墨烯薄片边缘，还能定制边缘以组装二维和三维结构等。
文/科技日报
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