納米材料

新型石墨烯傳感器檢測靈敏度更高

據(jù)最新一期《美國化學(xué)學(xué)會期刊》報道，包括加拿大研究人員在內(nèi)的國際團(tuán)隊研發(fā)出一種新型石墨烯傳感器。該生物傳感器不僅對檢測霍亂毒素具有非常高的靈敏度，還能為癌癥和其他傳染病提供早期診斷。

表面等離子體共振（SPR）傳感器是一種用于醫(yī)學(xué)診斷的光學(xué)技術(shù)，具有很高的靈敏度和特異性。研究人員發(fā)現(xiàn)，添加石墨烯可導(dǎo)致SPR傳感器信號倍增，從而使一個單分子超薄層即可錨定特定疾病信號。該傳感器可在數(shù)分鐘之內(nèi)檢測出霍亂毒素，相比之下，當(dāng)前的檢測技術(shù)則需要幾小時甚至幾天。該技術(shù)也可擴(kuò)展到包括癌癥在內(nèi)的幾乎任何疾病標(biāo)志物的檢測。

研究人員表示，除了更加快速，由于靈敏度的極大提高，該傳感器亦可更容易地檢測出較小量的生物標(biāo)志物，從而為癌癥和其他疾病的早期診斷和預(yù)后創(chuàng)造條件。這意味著，只需使用來自患者的一滴針刺血液樣本，就可檢測出疾病的生物標(biāo)記。

SPR生物傳感器明顯要比標(biāo)準(zhǔn)的酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）具有更高的靈敏度，實驗室生長的石墨烯證明要比之前使用的其他形式石墨烯更適合于開發(fā)新型傳感器。被稱為化學(xué)氣相沉積的石墨烯生長技術(shù)可創(chuàng)建出幾乎不含缺陷的大面積單層石墨烯，而石墨烯表面的均勻性則有助于傳感器信號的放大。（科技日報）

美材料學(xué)家利用碳納米管成功制備納米帶

據(jù)報道，美國萊斯大學(xué)日前發(fā)明了一種非常簡單的方法利用碳納米管制備石墨烯納米帶，即通過研磨。

萊斯大學(xué)的材料學(xué)家Pulickel Ajayan說：此方法即是將2種不同類型的化學(xué)修飾碳納米管混合。在研磨時，它們相互接觸，從而發(fā)生反應(yīng)并分開，目前此方法常用于化學(xué)溶液中。

Ajayan說道，這個過程仍然還是一個將分子附著在納米管上的化學(xué)反應(yīng)，即功能化。有趣的是，這個類似于研磨的簡單過程可以提供固體納米結(jié)構(gòu)之間的強(qiáng)化學(xué)耦合，并得到許多具有特定功能的新型納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。

高導(dǎo)電的石墨烯納米帶，尺寸比頭發(fā)還細(xì)上幾千倍，在復(fù)合材料市場上很受歡迎。納米帶大大提高了材料的電子特性以及強(qiáng)度。

在試驗中，研究人員制備了2組多壁碳納米管，一種被羧基修飾而另一種被羥基修飾。當(dāng)將其放在研缽中使用研杵研磨20min以上時，這些化學(xué)添加劑相互發(fā)生反應(yīng)，使得碳納米管變成納米帶，此過程中還產(chǎn)生了一種副產(chǎn)品水。

Ajayan說道：“我不知道為什么以前人們沒有發(fā)現(xiàn)此辦法，即可以通過納米結(jié)構(gòu)上的反應(yīng)物控制化學(xué)反應(yīng)。我們的工作僅僅是此方向的開端，接下來我們還有好多工作要做。”（科學(xué)之家）

美開發(fā)以多壁碳納米管為基礎(chǔ)的防火涂料

據(jù)報道，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的研究人員開發(fā)出以一種均勻的多壁碳納米管為基礎(chǔ)的防火涂料，可降低常用的泡沫內(nèi)飾的易燃性。與未處理的泡沫相比，碳納米管涂覆聚氨酯泡沫體的燃燒性降低了35%。

研究人員將改性的碳納米管均勻地分布并附著在聚合物層的上、下表面，形成的涂層利用碳納米管的快速散熱能力，具有了更大的點火和燃燒阻力，當(dāng)納米管涂層泡沫暴露在極端高溫中，會形成碳保護(hù)層，防止熔體池形成。（中國化工報）

美科研人員成功開發(fā)納米級傳感器

據(jù)報道，美國紐約州立大學(xué)水牛城分校的研究人員們最近開發(fā)出一種通用的奈米級基板，可望為目前普遍使用的物質(zhì)感測器技術(shù)——“表面增強(qiáng)拉曼散射”（SERS）提供關(guān)鍵的“萬能鑰匙”（skeleton key），進(jìn)一步實現(xiàn)成本低廉的單晶片版本。

這種針對物質(zhì)感測器開發(fā)的通用型奈米級基板，能夠大幅削減目前的裝置成本，包括從機(jī)場安全偵測器、疾病與環(huán)境污染的辨識，以及藝術(shù)畫作的鑒定。根據(jù)研究人員們表示，這種通用的基板可透過SERS技術(shù)，取代當(dāng)今需要某種特定波長的基板。

“我們已經(jīng)開發(fā)出一種未經(jīng)報導(dǎo)的獨特基板，”約州立大學(xué)水牛城分校電子工程教授Qiaoqiang Gan表示，“我們能以奈米圖案單層捕獲寬頻的光源，并將它擠壓于狹窄的縫隙中，以取得必要的局部場效增強(qiáng)效果。先前研究的奈米結(jié)構(gòu)僅適用于窄頻?！痹撔２┦亢蜻x人Nan Zhang與Kai Liu也協(xié)助Gan進(jìn)行了這項研究。

這種新式感測器的秘訣在于可作為反射鏡的銀或鋁薄膜，以及二氧化矽或氧化鋁的電解層，用于隨機(jī)分離具有微小金屬奈米粒子的反射鏡。

至于未來，Gan認(rèn)為這項技術(shù)還不足以實現(xiàn)商業(yè)化，因此，目前正尋找制造合作夥伴或進(jìn)行授權(quán)。（eettaiwan）

最薄燈泡：燈絲由石墨烯制成

據(jù)報道，一個由美國哥倫比亞大學(xué)、韓國首爾國立大學(xué)和韓國標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院研究人員組成的國際團(tuán)隊又回到同一種元素，他們首次展示了用只有一個碳原子厚度的石墨烯作為燈絲的芯片上可見光源：細(xì)條狀石墨烯燈絲與金屬電極相連，懸掛在基底上方，當(dāng)電流通過時燈絲就會受熱發(fā)光。這項研究于6月15日發(fā)表在提前出版的《自然·納米技術(shù)》網(wǎng)絡(luò)版上。

“從本質(zhì)上說，我們制造出了世界上最薄的燈泡?！毖芯空撐暮现?、哥倫比亞大學(xué)機(jī)械工程系教授王鳳仁（音譯）說，“這種新型‘寬帶發(fā)光器可以被集成到芯片上，有望為實現(xiàn)只有原子厚度的柔性、透明顯示屏以及基于石墨烯芯片的光通信鋪平道路?！?/p>

要開發(fā)可與現(xiàn)有半導(dǎo)體集成電路媲美的完全集成“光子”電路，關(guān)鍵是讓芯片表面的微小結(jié)構(gòu)發(fā)光。已經(jīng)有很多方法可以做到這一點，但最古老、最簡單的人造光源——白熾燈泡卻無法被集成到芯片上，這主要是因為燈絲必須達(dá)到數(shù)千攝氏度，發(fā)出的光才可見，而微觀尺度的金屬線承受不了這樣的高溫；另外，微觀尺度上，熱量從燈絲向四周傳遞的效率極高，容易損壞芯片。

石墨烯達(dá)到如此高的溫度而不熔化基板或金屬電極，是因為其具有一個有趣特性：當(dāng)受熱時，石墨烯會變成熱的不良導(dǎo)體。這意味著高溫被局限在了中心的一個小“熱點”上。論文共同作者、韓國標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院高級研究員裴明浩（音譯）說：“相對于置于固態(tài)基底上的石墨烯，我們能夠?qū)矣谏戏降氖┘訜嶂粮哌_(dá)太陽溫度的一半，同時效率提高1 000倍?！保萍既請螅?/p>

石墨烯涂層冷凝器可為電廠節(jié)能

據(jù)報道，美國麻省理工學(xué)院的研究表明，發(fā)電站的冷凝器被涂上石墨烯后能提高節(jié)能效率。按照美國電力科學(xué)研究院提供的數(shù)據(jù)計算，如果整個電廠使用這種冷凝器，效率可以提高2%～3%。

發(fā)表在《納米快報》上的相關(guān)論文指出，蒸汽發(fā)電的基本要素之一是冷凝水傳熱。在蒸汽動力發(fā)電廠，水被加熱產(chǎn)生蒸汽推動渦輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的渦輪產(chǎn)生電能。在此過程中，蒸汽被凝結(jié)回水，循環(huán)再次開始。據(jù)美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）《光譜》雜志網(wǎng)站報道，麻省理工學(xué)院的研究小組仔細(xì)考察這些冷凝器，發(fā)現(xiàn)其表面加上石墨烯涂層后，熱傳導(dǎo)率提高了4倍。論文作者丹尼爾·普雷斯頓說：“這意味著每個電廠每年能夠節(jié)省數(shù)百萬美元成本?！?/p>

冷凝器效率提高是因為石墨烯能夠抗拒形成凝氣膜。在典型的冷凝器系統(tǒng)中，金屬線圈（通常是銅）被放置在蒸汽流內(nèi)，在某些系統(tǒng)中，凝結(jié)過程導(dǎo)致金屬線圈外部出現(xiàn)一層薄薄的水膜；在另一些系統(tǒng)中，則形成水滴。當(dāng)水膜形成時，冷凝器的熱傳導(dǎo)受到一定程度的抑制。

研究人員利用石墨烯的疏水特性來確保冷凝器線圈上形成水滴。雖然聚合物涂料或多或少地也能達(dá)到這種效果，但它們會迅速降解，更糟的是，有時候太厚，反而帶來更大的問題——比水膜本身造成的抑制作用還要嚴(yán)重。

在100℃的純水蒸氣環(huán)境下測試材料后，研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯涂層金屬比裸金屬的熱傳導(dǎo)效率高出4倍，他們還計算出通過優(yōu)化系統(tǒng)中的不同溫度，效率可以提高5～7倍。

最重要的是，石墨烯涂層在超過兩個星期的測試時間內(nèi)，沒有消解的跡象，而聚合物涂層在3h內(nèi)就開始降解，12h內(nèi)完全失效。

神奇材料再創(chuàng)新突破 石墨烯助三星新電池續(xù)航提升

據(jù)報道，近日，三星展示了其最新鋰電池技術(shù)，三星宣稱該項新技術(shù)會在電池中添加石墨烯物質(zhì)，這有望使得鋰電池容量翻倍。這引起了業(yè)界極大關(guān)注，目前這項技術(shù)尚處于研發(fā)之中，距離真正的商業(yè)化還有待2～3年時間，但這卻極大地提振了國內(nèi)鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展信心。除此之外，由于石墨烯在這項技術(shù)中的作用功不可沒，因此三星的新技術(shù)也再次讓石墨烯概念成為熱門。

我國石墨烯發(fā)展起步晚，但是勢頭極為迅猛。在科研方面，我國已有2200多項石墨烯專利技術(shù)，數(shù)量為世界石墨烯專利的1/3；在產(chǎn)業(yè)化方面，我國已形成以江蘇省（南京、常州、無錫、泰州等地）為中心，寧波、青島、重慶、德陽、河北、北京等地活躍分散發(fā)展的格局；在應(yīng)用領(lǐng)域，我國已經(jīng)研發(fā)出超薄可量產(chǎn)的石墨烯手機(jī)，以及高容量的石墨烯超級鋰電池等。

石墨烯強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭也使得國家政策不斷向其傾斜，今年4月，國家工信部就明確表示將會出臺文件扶持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在此利好之下，2015年中國石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望突破100億元，并在未來5到10年內(nèi)，迅速上漲至1 000億元。中超電纜、華麗家族與中國寶安等具備石墨烯概念的公司將有較好的發(fā)展機(jī)遇。

南開大學(xué)研制出“光動”石墨烯材料

據(jù)報道，經(jīng)過3年研究，南開大學(xué)一支研究團(tuán)隊獲得一種特殊的石墨烯材料，可在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下驅(qū)動飛行，其獲得的驅(qū)動力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上。該研究成果令“光動”飛行成為可能。

6月15日，《自然·光學(xué)》雜志在線發(fā)表了南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授和物理學(xué)院田建國教授聯(lián)合科研團(tuán)隊的論文。陳永勝團(tuán)隊研制出的這種石墨烯材料，在其宏觀材料特殊形貌結(jié)構(gòu)和石墨烯自身特殊電子結(jié)構(gòu)的共同作用下，可以在包括太陽光在內(nèi)的各種光源照射下有效驅(qū)動飛行。

在位于南開大學(xué)的功能高分子材料教育部重點實驗室里，研究人員將一個4mg的形似“海綿”的圓餅狀三維石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推動”下，“海綿”瞬間發(fā)生了水平或豎直方向的位移，最大移動距離可達(dá)40cm。

研究人員介紹，實驗所用光源都較弱，如普通激光、氙燈等。實驗發(fā)現(xiàn)，光源的波長與石墨烯材料產(chǎn)生的驅(qū)動力成反比。即波長越短，材料產(chǎn)生的驅(qū)動力越大。通過室外實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)太陽光同樣可以驅(qū)動這種石墨烯材料移動。

“這是我們了解到的，迄今為止科學(xué)界第一次用光推動一個宏觀物體并實現(xiàn)宏觀的驅(qū)動?！标愑绖僬f，通過定量測量，這種石墨烯材料在光照條件下產(chǎn)生的力是傳統(tǒng)光壓的千倍以上?！巴ㄟ^計算，500kg的負(fù)載，如果利用基于這種石墨烯材料制備的驅(qū)動帆板，理論上獲得的驅(qū)動力至少能使其達(dá)到0.09m/s的加速度。”

最新一期英國著名科普雜志《新科學(xué)家》為該成果撰寫評述文章指出，該成果“再為石墨烯這種優(yōu)良材料增添了一種驚人的性能”。（中國青年報）

北京大學(xué)研發(fā)石墨烯柔性透明電極連續(xù)卷對卷生產(chǎn)新工藝

據(jù)報道，北京大學(xué)納米化學(xué)研究中心的研究人員開發(fā)出一種新的卷對卷連續(xù)快速生長石墨烯薄膜的方法，設(shè)計并研制了可達(dá)到中試水平的石墨烯卷對卷化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，通過對石墨烯成核與生長的調(diào)控，實現(xiàn)了大面積單層石墨烯薄膜在工業(yè)銅箔基底上卷對卷宏量制備。

研究人員還開發(fā)了卷對卷熱壓印-電化學(xué)快速鼓泡轉(zhuǎn)移方法，避免了銅箔刻蝕的常規(guī)轉(zhuǎn)移工藝，實現(xiàn)了石墨烯從銅箔生長基底直接向工業(yè)用P E T柔性透明塑料基底的連續(xù)化無損轉(zhuǎn)移，從而制備了高品質(zhì)石墨烯/PET柔性塑料電極。此工藝突破了大尺寸石墨烯薄膜的連續(xù)化生產(chǎn)瓶頸，還實現(xiàn)了銅箔的反復(fù)利用，與綠色、可持續(xù)工業(yè)生產(chǎn)工藝兼容，在降低工業(yè)生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)能方面富有競爭優(yōu)勢。

這種連續(xù)卷對卷CVD生長-封裝轉(zhuǎn)移-無損剝離的快速制備石墨烯薄膜的方法突破了諸多技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯薄膜和高性能柔性透明電極的連續(xù)化和規(guī)?；a(chǎn)，并降低了化學(xué)氣相沉積生長法的生產(chǎn)成本，具有工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。（北京大學(xué)新聞網(wǎng)）

我國轉(zhuǎn)角多層石墨烯的呼吸層間耦合研究獲進(jìn)展

據(jù)報道，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室與中國人民大學(xué)教授等人合作，利用共振拉曼光譜技術(shù)，對轉(zhuǎn)角多層石墨烯的層間呼吸模進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他們發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)角多層石墨烯界面處的層間呼吸耦合與正常Bernal堆垛多層石墨烯的強(qiáng)度相當(dāng)。

以石墨烯為代表的二維材料具有優(yōu)良的電學(xué)性能和光學(xué)性能，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件、晶體管和光電器件。將石墨烯堆疊起來可以得到多層石墨烯。除了具有和體石墨相同的Bernal堆垛（即AB堆垛）方式的多層石墨烯之外，還可以在實驗室制備或者合成出不同石墨烯片層取向隨機(jī)的多層石墨烯，即轉(zhuǎn)角多層石墨烯。轉(zhuǎn)角多層石墨烯內(nèi)各子系統(tǒng)的層數(shù)不同和各子系統(tǒng)間旋轉(zhuǎn)角度的不同將使得其具有無限多的可能性，這無疑大大豐富了石墨烯材料的研究對象和研究內(nèi)容，例如單層或多層石墨烯堆垛方式的差異有可能導(dǎo)致石墨烯片層不同的層間耦合，從而影響其電子能帶結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)角多層石墨烯具有與其堆垛方式相應(yīng)的各種各樣的光電性質(zhì)。（中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體）

石墨烯分散劑新技術(shù)推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化

據(jù)報道，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所表面工程事業(yè)部余海斌博士帶領(lǐng)的先進(jìn)涂料與粘合技術(shù)團(tuán)隊合成出了一種石墨烯的特種分散劑，突破了制約石墨烯推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸——分散技術(shù)，對石墨烯的產(chǎn)業(yè)化具有顯著的推動作用。日前，這項技術(shù)正在中石化進(jìn)行認(rèn)證。

人工制備的石墨烯容易再團(tuán)聚，無法充分發(fā)揮石墨烯單片層的優(yōu)異特性。進(jìn)入材料所后，余海斌便帶領(lǐng)研究團(tuán)隊將納米材料的分散技術(shù)作為研究方向之一，終于研發(fā)出了特種分散劑。將這種分散劑加到含有石墨烯的溶液中，通過攪拌處理就可以得到單分散的水性、油性石墨烯分散液，并創(chuàng)造性地制備出易于再分散的石墨烯粉體。

目前，余海斌團(tuán)隊已將這些易于再分散的石墨烯粉體應(yīng)用于涂料領(lǐng)域，使涂料性能發(fā)生顯著的改進(jìn)。該分散技術(shù)還有助于石墨烯在防腐涂料、防靜電涂料、導(dǎo)電油墨、透明導(dǎo)電膜、超級電容器、電池材料、散熱材料等領(lǐng)域的應(yīng)用取得突破性進(jìn)展。據(jù)悉，該項技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品已申請18項發(fā)明專利，并與多家公司達(dá)成了合作意向。（東南商報）

上海大學(xué)石墨烯散熱研究獲進(jìn)展

據(jù)報道，上海大學(xué)教授劉建影團(tuán)隊與法國中央納米研究院，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，在石墨烯散熱研究上獲新進(jìn)展，相關(guān)研究近日發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》。

石墨烯是二維的單層碳原子晶體，與三維材料相比，其低維結(jié)構(gòu)可顯著削減晶界處聲子的邊界散射，并賦予其特殊的聲子擴(kuò)散模式。石墨烯所具有的快速導(dǎo)熱與散熱特性使得石墨烯成為極佳的散熱材料，可用于智能手機(jī)、平板電腦、大功率節(jié)能led照明、衛(wèi)星電路、激光武器、高集成度系統(tǒng)熱點等的散熱。

盡管石墨烯在熱管理領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Γ@些性能都是基于其微觀的納米尺度，難以直接利用。因此，將納米尺度的石墨烯制備成宏觀的薄膜材料并保持其納米效應(yīng)，同時減少其和基底的界面接觸熱阻，是石墨烯在熱管理規(guī)?；瘧?yīng)用的重要途徑。劉建影團(tuán)隊采用化學(xué)還原氧化石墨烯并采用真空抽濾的方法制備石墨烯薄膜，結(jié)果顯示用該方法制備的20μm薄膜，適合大規(guī)模工業(yè)制備。

同時，針對石墨烯薄膜和二氧化硅界面接觸熱阻大的問題，該團(tuán)隊采用在石墨烯薄膜和二氧化硅界面引入功能化分子的方法。實驗結(jié)果表明，引入功能化分子后，熱點的散熱效果提高了近1倍。分子動力學(xué)的模擬結(jié)果進(jìn)一步證實了實驗結(jié)果。（中國科學(xué)報）

石墨烯橡膠納米復(fù)材獲突破

據(jù)報道，日前從四川省科技廳傳出消息，四川大學(xué)在石墨烯橡膠納米復(fù)合材料領(lǐng)域獲得新突破，成功制備了含均勻分散石墨烯和石墨烯隔離網(wǎng)絡(luò)的橡膠納米復(fù)合材料。

四川大學(xué)依托國家級高分子材料與工程國際聯(lián)合研究中心平臺，與意大利研究機(jī)構(gòu)在石墨烯復(fù)合材料研究方面建立國際合作項目，針對石墨烯在聚合物基體中難以分散、聚合物石墨烯復(fù)合材料難以規(guī)模化制備等技術(shù)難題，建立聚合物/石墨烯復(fù)合材料制備和加工新技術(shù)，提出了超聲剝離、膠乳混合及原位還原新方法，制備了含均勻分散石墨烯和石墨烯隔離網(wǎng)絡(luò)的橡膠納米復(fù)合材料，開發(fā)了石墨烯用于橡膠復(fù)合材料的應(yīng)用潛力。

該技術(shù)制備的石墨烯橡膠復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異，且具有高的電導(dǎo)率和氣體阻隔性，可廣泛應(yīng)用于高品質(zhì)輪胎、特殊密封圈，高性能減震器，橡塑復(fù)合材料等。

該項目已獲授權(quán)中國發(fā)明專利1項，并與成都創(chuàng)威新材料有限公司在聚合物/石墨烯復(fù)合材料制備新技術(shù)方面簽訂了專利實施許可及轉(zhuǎn)讓協(xié)議，可望將石墨烯-橡膠復(fù)合材料技術(shù)產(chǎn)品推向市場。（中國化工報）