盤點2017年石墨烯科研創新人氣成果
【中國化工儀器網 本網視點】時間如梭，光陰流轉，眨眼間2017年已然離我們遠去。在過去的一年中石墨烯材料始終熱度不減，顯然會繼續紅到2018。回首2017年，石墨烯隨著我國科技的發展變得愈發火熱，各大品牌制造商們也是卯足了勁專注于研。究竟哪些石墨烯科研創新成果在2017年更受到人們的矚目？為此，小編特意盤點了2017年儀表行業人氣石墨烯科研創新成果。
石墨烯變身醫療傳感器：可檢測出大腦癌細胞
據消息，芝加哥伊利諾伊大學（UIC）的一個科學家團隊將石墨烯制成一種傳感器，可以區分出正常的星形膠質腦細胞和星型膠質細胞瘤細胞。石墨烯作為一種原子厚度的碳晶格，當與單個細胞接觸時，可以檢測出它們的某些屬性。
石墨烯碳原子的外圍電子形成共軛大π鍵，電荷可以在表面自由移動。當這種材料與細胞接觸時，細胞性狀的不同，與其相鄰的石墨烯表面的電荷分布也表現出不同的特點。癌細胞的代謝活性高，所以其表面聚集的電子多，這些電子可能會取代石墨烯表面的電子，在正常的細胞中，則觀察不到這種現象。石墨烯上電荷分布的變化改變了其碳原子振動的能量，而這種改變用拉曼光譜可以檢測出來，根據檢測結果可以判斷細胞是否屬于癌細胞。
聯盟研發出高精度石墨烯紅外探測器
日前， 由23個國家150多個研究團隊組成的聯盟 Graphene Flagship 運用納米材料石墨烯研發出一款高精度的新型紅外探測器。據團隊介紹，這種新型探測儀可檢測出納瓦級的熱輻射變化——相當于手輕輕擺動時釋放出的能量的千分之一。石墨烯的優點是在高性能紅外成像和光譜學中的開放性可能性。來自劍橋大學(英國)，恩伯頓有限公司(英國)，光子科學學院(ICFO;西班牙)，諾基亞和約阿尼納大學(希臘)工作的Graphene Flagship的研究人員開發了一種基于石墨烯的，通過紅外輻射檢測，對于溫度的微小變化的測量，具有極高性的熱釋電熱輻射測量儀。
在《自然·通訊》上發表的工作證明了基于石墨烯的非冷卻熱檢測器的高報告的溫度敏感性，能夠將溫度變化分解為幾十μK。僅需要幾納米的IR輻射功率來在隔離器件中產生這樣小的溫度變化，比通過緊密靠近的人手遞送到檢測器的IR功率小大約1000倍。
石墨烯紅外探測器，可檢測出極微小的熱輻射變化
檢測器的高靈敏度對于超過熱成像的光譜應用是非常有用的。使用高性能的基于石墨烯的IR檢測器，可以提供較少的入射輻射的強信號，可以隔離IR光譜的不同部分。這在安全應用中是至關重要的，其中不同的材料(例如爆炸物)可以通過它們的特征IR吸收或透射光譜來區分。
恩伯頓工程師和研究的聯合負責人Alan Colli博士說：“使用更高靈敏度的檢測器，可以限制大的熱帶，并且仍然使用在非常窄的光譜范圍內的光子形成圖像，并且做多光譜紅外成像對于安全檢查，有特定的簽名，材料在窄帶中發射或吸收，因此，需要一個在窄帶中訓練的檢測器，這在尋找爆炸物，有害物質或任何分類。”
中科院蘇州納米所研發出高靈敏度石墨烯太赫茲探測器
近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所等科研單位成功得出這一研究成果。中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所、中國科學院納米器件與應用重點實驗室秦華團隊與中國電子科技集團有限公司第十三研究所專用集成電路重點實驗室合作，成功獲得了高靈敏度石墨烯（Graphene）太赫茲探測器，靈敏度達到同類石墨烯探測器的好水平，該結果近期發表在碳材料雜志Carbon（116, 760-765 (2017)）上。
G-FET太赫茲探測器的研制工作得到了國家自然科學基金項目（No. 61271157, 61401456, 61306006）、中科院蘇州納米所納米加工平臺、測試分析平臺和南京大學超導電子學研究所的大力支持。
浙江大學研究團隊成功研發高導熱超柔性石墨烯組裝膜
近日，浙江大學高分子系高超團隊研發出一種高導熱超柔性石墨烯組裝膜，這一新成果解決了宏觀材料高導熱和高柔性不能兼顧的世界性難題，有望在熱管理、新一代柔性電子器件及航空航天等領域獲得重要應用。文章發表在《先進材料》上。
據悉，高超團隊創造性地提出了“大片微褶皺”思路：大片石墨烯缺陷少，可實現高導熱率;微褶皺使材料在拉伸彎折時有足夠的應變空間，可確保高柔性。研究者還使用了無碎片的超大片氧化石墨烯作為原料，以降低邊緣聲子逸散。同時，采用高溫熱處理，去除石墨烯表面的官能團并修復石墨烯內部孔洞，得到少缺陷的石墨烯結構。這些結構變化通過拉曼、XRD及透射電鏡檢測進行了確證。所得石墨烯膜的熱導率平均值為1900 W/mK，高值達到2053 W/mK。
深圳先進院研發出新型低成本雙碳鉀離子電池技術
近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團隊成功研發出了一種新型高性能、低成本雙碳鉀離子電池，相關研究成果A Dual-Carbon Battery Based on Potassium-Ion Electrolyte(《基于鉀離子電解液的雙碳電池(K-DCB)》)已在線發表于能源材料期刊Advanced Energy Materials上。
研究表明，該新型廉價雙碳鉀離子電池的放電中值電壓高達4.5V，單個紐扣電池就能同時點亮兩顆LED燈，并且電池充放電循環100圈后，容量幾乎沒有衰減，使得其可以滿足高電壓器件的要求。相對于現有傳統鋰離子電池技術，該新型電池將大幅降低生產成本，還具有環保友好、安全性高、能量密度相對較高等優點，因此在大規模可再生清潔能源儲存、通訊備用電源等領域具有廣泛的應用前景。
中科院專家成功研制石墨烯“防腐外衣”
從中國科學院獲悉，該院寧波材料技術與工程研究所王立平研究員和薛群基院士團隊成功研制出擁有自主知識產權的新型石墨烯改性重防腐涂料——這層石墨烯“防腐外衣”，有望讓鋼鐵材料“抵御”來自熱帶海洋環境下高鹽、高濕及高溫的侵襲。
王立平告訴筆者，我國擁有高達2000億元的防腐涂料市場，其中重防腐涂料需求年均增速超過20%，不過由于沒有形成自主知識產權技術，缺乏相應技術標準，以前70%的重防腐涂料市場被外資品牌壟斷。如今國產石墨烯“防腐外衣”的成功研制，也有望改變我國重防腐涂料被國外產品壟斷的市場格局。
北京大學研究人員實現米級單晶石墨烯的制備
近，在量子調控與量子信息重點專項項目的支持下，北京大學劉開輝研究員、俞大鵬院士、王恩哥院士及其合作者，繼2016年實現石墨烯單晶的超快生長之后，在米級單晶石墨烯的生長方面再次取得重要進展。研究團隊將工業多晶銅箔轉化成了單晶銅箔，得到了世界上目前大尺寸的單晶Cu(111)箔，利用外延生長技術和超快生長技術成功在20分鐘內制備出世界大尺寸(5×50 cm2)的外延單晶石墨烯材料。該研究結果為快速生長米級單晶石墨烯提供了必要的科學依據，為石墨烯單晶量子科技的產業化應用奠定基礎。
該研究成果于2017年8月在《科學通報》(Science Bulletin)發表，并被選為封面文章。中國科學院沈陽金屬研究所成會明院士同期在Science Bulletin發表重點推薦評論文章。
2017年各個方向不斷出現令人驚喜的研究成果，讓人們對石墨烯的未來充滿期待。但總體來講，石墨烯技術成熟度還比較低。對于石墨烯的發展，其制約因素或者說難點，主要在材料制備技術、全新設計理念和二維操控技術等方面。不過科學家們也比較樂觀，近兩年石墨烯的可控低成本制備技術已取得了突破性進展，有望在不久的將來形成石墨烯產業。
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