自2004年英國曼徹斯特大學的Geim和Novoselov采用機械剝離的方法成功地將石墨層片剝離，得到單層石墨石墨烯（graphene）以來，石墨烯便以優異的電學、熱學、光學和力學性能，高的理論比表面積(2600m2/g)，以及完美的量子隧道效應和整數的量子霍爾效應引起了全世界科學家廣泛的關注。石墨烯有著取代現有很多材料，甚至產生很多具有革命性的科技應用，從而使人類進入一個全新的技術領域的巨大潛力。然而，石墨烯遭遇了類似其它新材料所遇到的難題，即缺少一種快速簡捷的石墨烯低成本和規模化制備方法，從而阻礙了石墨烯材料的進一步推廣與應用。
近期，Scientific Reports（科學報告）刊發了武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室燃料電池研究團隊木士春教授在無定形碳化硅(SiC)轉化為石墨烯方面的創新性研究成果，論文題目為Direct Transformation of Amorphous Silicon Carbide into Graphene under Low Temperatures and Ambient Pressure。該項研究成果由武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室獨立完成。
木士春教授所在燃料電池團隊根據當前最具潛力的SiC晶體外延生長法，采用成本低廉的無定形SiC(a-Si1-xCx)取代昂貴的晶體SiC作為石墨烯的前驅體，結合成熟的氯化技術(chlorination)，首次提出了一種通過無定形SiC氯化法合成石墨烯的方法。采用該方法，在較低溫度（800℃）、常壓條件下和較短時間內成功實現了無定形SiC向石墨烯的轉化。該方法一舉突破了傳統SiC晶體外延生長石墨烯法導致石墨烯成本居高不下的三個最重要的因素：包括需采用價格十倍于黃金的6H-SiC作為石墨烯前驅體、苛刻的高溫條件（≥1200℃）和需采用超高真空技術，從而大大降低了石墨烯的生產成本及技術門坎。在高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）下可觀測到通過無定形SiC-氯化法合成的石墨烯層數在10層以內，繼承了SiC外延生長法層數少的優點。拉曼光譜（Raman）下可以檢測到明顯紅移的2D峰，證明了氯化法合成的石墨烯具有較好的層數可控性。此外，研究團隊還探討了無定形SiC的石墨烯轉化機制，提出了一種無定形SiC轉化為石墨烯的氯刻蝕晶化模型。無定形SiC石墨烯前驅體可以是純無定形SiC或為包含晶體SiC核的具有核殼結構的無定形SiC超細粉體顆粒，也可以是無定形SiC納米薄膜，因此，具有大規模生產石墨烯及在任意基底上大面積合成層數可控石墨烯的巨大前景。相關研究成果已申請了國家發明專利（申請號：201210419348.5）。
發布：武漢理工大學新聞經緯網 時間：2013-03-06
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