中國(guó)粉體網(wǎng)訊 麻省理工學(xué)院的工程師開(kāi)發(fā)出了一種生產(chǎn)高質(zhì)量長(zhǎng)條狀石墨烯的制造工藝。
該團(tuán)隊(duì)的研究成果首次展示了一種可產(chǎn)業(yè)化、規(guī)�；圃旄哔|(zhì)量石墨烯的生產(chǎn)工藝，用該方法生產(chǎn)的石墨烯膜適用于過(guò)濾各種分子（包括鹽，較大離子，蛋白質(zhì)或納米顆粒）。這種膜可應(yīng)用于脫鹽，生物分離和其他領(lǐng)域。
機(jī)械工程副教授兼麻省理工學(xué)院制造與生產(chǎn)力實(shí)驗(yàn)室主任JohnHart說(shuō)：“多年來(lái)，研究人員一直認(rèn)為石墨烯是生產(chǎn)超薄膜的潛在材料。我們相信這是第一次將石墨烯的制造定制為膜應(yīng)用的研究，這就要求石墨烯材料無(wú)縫，完全覆蓋基材，并且質(zhì)量很高�！�
Hart是該論文的資深作者，該論文（“通過(guò)卷對(duì)卷化學(xué)氣相沉積和聚合物支撐鑄造的納米孔大面積原子級(jí)薄石墨烯膜的可擴(kuò)展路線”）發(fā)表在《應(yīng)用材料與界面》上。該研究包括論文第一作者，前任麻省理工學(xué)院博士后，現(xiàn)任范德比爾特大學(xué)助理教授PiranKidambi，麻省理工學(xué)院研究生DhanushkodiMariappan和NicholasDee，新加坡國(guó)立大學(xué)的SuiZhang，現(xiàn)任加州理工學(xué)院Skolkovo科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的前學(xué)生AndreyVyatskikh以及麻省理工學(xué)院機(jī)械工程副教授RohitKarnik。
石墨烯的生長(zhǎng)
對(duì)于許多研究人員來(lái)說(shuō)，石墨烯非常適合用于做過(guò)濾膜。單片石墨烯類似于原子狀的細(xì)金屬絲，由碳原子組成，碳原子以一種圖案連接，使得該材料非常堅(jiān)韌，即使是最小的原子氦也不會(huì)透過(guò)。
包括Karnik小組在內(nèi)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出制造石墨烯薄膜的技術(shù)，并精確地將它們與微小的孔或納米孔區(qū)分開(kāi)來(lái)，其尺寸可以根據(jù)需要定制用以過(guò)濾特定的分子。大多數(shù)情況下，科學(xué)家通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法來(lái)合成石墨烯，該方法首先加熱銅箔，然后在其上沉積碳和其他氣體的混合物。
石墨烯基膜主要是在實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)，研究人員可以小心控制材料的生長(zhǎng)條件。然而，Hart和他的同事們認(rèn)為，如果石墨烯薄膜被用于商業(yè)用途，它們將不得不以大批量，高速率和可靠的性能來(lái)生產(chǎn)
Hart說(shuō)：“我們知道對(duì)于工業(yè)化來(lái)說(shuō)，需要一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，一片一片的生產(chǎn)無(wú)法滿足需求。商業(yè)上使用的膜片需求相當(dāng)大，有些甚至非常大，必須通過(guò)連續(xù)生產(chǎn)制作海報(bào)寬度的石墨烯薄膜�！�
工廠初次公開(kāi)展出
研究人員著手建立從頭到尾的制造工藝來(lái)制造高質(zhì)量的石墨烯膜。
該團(tuán)隊(duì)的設(shè)置結(jié)合了卷對(duì)卷方法（一種用于連續(xù)處理薄箔的常見(jiàn)工業(yè)方法），采用普通石墨烯制造技術(shù)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，以大批量，高速率生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯。該系統(tǒng)由兩個(gè)線軸組成，通過(guò)穿過(guò)小爐的傳送帶連接。第一個(gè)卷軸展開(kāi)一條長(zhǎng)度不到1厘米寬的銅箔條。當(dāng)它進(jìn)入爐子時(shí)，箔片通過(guò)第一個(gè)管道，然后進(jìn)入另一條線軸。
當(dāng)金屬箔通過(guò)第一根管子時(shí)，它會(huì)加熱到一定的理想溫度，此時(shí)它已準(zhǔn)備好穿過(guò)第二根管子，科學(xué)家們?cè)谶@里按指定比例的甲烷和氫氣進(jìn)行泵送，加熱箔產(chǎn)生石墨烯
Hart說(shuō)：“石墨烯開(kāi)始是一塊一塊的形成，然后這些區(qū)域一起生長(zhǎng)形成連續(xù)的薄片，當(dāng)它離開(kāi)爐子時(shí)，石墨烯完全覆蓋成一層薄膜，就像一個(gè)連續(xù)的比薩餅皮。”
當(dāng)石墨烯離開(kāi)爐子時(shí)，它被卷到第二個(gè)線軸上。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們能夠通過(guò)該系統(tǒng)連續(xù)供給箔片，以每分鐘5厘米的速度生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯。他們最長(zhǎng)的時(shí)間持續(xù)了將近四個(gè)小時(shí)，在此期間生產(chǎn)了約10米的連續(xù)石墨烯。
Hart說(shuō)：“如果這是在一家工廠，它將每周7天，每天24小時(shí)不間斷生產(chǎn)，就像印刷機(jī)印刷過(guò)程一樣。”
