石墨烯电热取暖将终结旧式取暖、厘米级单晶石墨烯的可控生长方法丨晚报3.23

发表于 讨论求助 2019-10-08 16:25:45





石墨烯电热取暖将终结旧式取暖

来源:行业中国

    

  每年入冬,就南方冷还是北方冷进行的“南北战争”可谓轰轰烈烈。面对冬日的严寒,电暖器、暖风机、电热毯、空调“各显神通”,燃气、地热取暖等也渐渐成为市场“新宠”。虽然不必再受冻但是使用成本还是相对偏高。一些低收入家庭和农村家庭,主要的取暖方式仍然是不环保而且危险的煤炭或木炭炉子。那是否存在既环保又经济的取暖神器呢?


  3月18日科技奶爸王敏用石墨烯取暖神器亮相央视《创业英雄汇》,用取暖画来取暖的概念让导师刘纲发出“这个太好了”的赞叹!甚至让两位投资人“你争我抢、大打出手”。


  据了解画暖家取暖壁画主要以石墨烯为原料。这种新型的材料发现,让两位英国科学家获得了2010年诺贝尔物理奖。石墨烯主要运用在半导体、芯片等高科技领域,由于这种材料的电热转化效率能够达到95%以上,因此科技奶爸王敏的团队就利用石墨烯的超强导电性和纳米的量子尺寸效应来研制取暖器。研发出来的壁画取暖器具有升温快、温差小、成本低的特点。美女主持人亲自试验,用名誉为他担保“绝对不是他的托儿”。


  3月20日,由北京绿能嘉业新能源公司研制的“画暖家”石墨烯暖画系列产品全球首场线下众筹,在海淀区元亨汇成功举办。王敏定向邀请了身边的亲朋好友,共同分享“画暖家”石墨烯暖画创富机会,最终35个众筹名额被一抢而空,35位优秀合伙人成为“画暖家”石墨烯暖画项目首批众筹股东,为“画暖家”石墨烯暖画项目发展奠定坚持基础。此次众筹活动,参会人员都表示看好画暖家石墨烯暖画这款产品,认为其“五暖四美三新”的特性一定能快速占领并颠覆整个电采暖市场。


  石墨烯是只有一个碳原子那么厚的二维平面碳材料,这种原本只存在假设性的材料结构,在2010年夺得诺贝尔物理学奖之后延伸出大批新型应用,包括手机屏幕、薄膜电池等智能设备领域应用。作为最早投身国内石墨烯行业的创业者之一,画暖家品牌创始人、北京绿能嘉业新能源有限公司总裁王敏告诉记者,石墨烯薄膜实际上也是加热膜的理想材料,只要3至5伏特的低电压,即通常可由锂电池供电的工作电压,就能在3秒内利用碳原子产生的热能迅速升温,在1分钟内达到数十摄氏度。与电热丝等其他加热材料的条状、点状发热相比,石墨烯膜就是一个高度均匀的发热面。比如一幅石墨烯壁画、一面石墨烯壁纸就能为房间带来温暖,并可直接由户外太阳能电池产生的电压来供电。现行的地暖、壁炉产品或将被取代。此外,北京绿能嘉业新能源有限公司将不断开发出汽车快速除霜膜、便携加热饭盒、石墨烯烤炉、石墨烯保暖衣等产品,让科技以人为本,让科技深入老百姓的生活。




厘米级单晶石墨烯的可控生长方法

来源:
《物理化学学报

       石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子构成的六元碳环为基本单位的蜂窝状二维原子晶体。自发现以来受到了物理,化学和材料科学界的广泛关注,相关性能的研究取得了飞速进展1。值得关注的是,它超高的电子传输速率有望让这种材料成为下一代芯片的理想材料,能够制造高频率电子器件。

要实现石墨烯材料高性能的利用价值,需要找到合适的大规模制备方法。目前,化学气相沉积法(CVD法)相比于其他合成方法具有易规模化、相对成本低等优点,是制备大面积、高质量单层石墨烯薄膜的主要合成方法。该方法通过将甲烷等含碳前躯体在催化基底表面加热分解形成碳碎片,然后重新组装成二维薄膜的化学反应过程来生长石墨烯。研究发现,在金属铜箔表面生长可以得到单层大面积多晶石墨烯2,由不同取向的单晶晶畴相互连接而成并产生晶界。通常载流子在石墨烯中传输时,会在晶界处发生散射,传输速率降低。因此减少晶界、提高单晶晶畴的面积是CVD法合成石墨烯的主要挑战。控制石墨烯的成核密度是提高单晶晶畴尺寸的有效方法。已有研究表明,通过对反应物浓度、生长温度、压力等参数的优化和催化基底的特殊处理能够有效减少成核点,将晶畴尺寸从毫米级提升到厘米级甚至英寸级3–6。然而,这些制备方法的工艺参数各不相同,并且均需要一定的前处理步骤,不甚适合规模化生产。


Advanced Materials 最新刊出了华中科技大学王帅课题组的相关研究成果(DOI: 10.1002/adma.201503705)他们发现微量水蒸气和氧气能够显著影响石墨烯的成核密度和生长速率。通常储存氢气的钢瓶中有不确定含量的水蒸气,使用不同钢瓶中的氢气,会在相同的气氛比例下得到完全不同的生长结果。因此,实现石墨烯单晶的稳定生长依赖于对体系中水、氧杂质的精确控制。在CVD系统中加入气体干燥装置,吸附大量含量不确定的水蒸气杂质,然后定量通入微量的氧气,能够精确控制石墨烯成核密度和生长速率。他们通过对比实验发现,微量氧气能在富氢环境中刻蚀基底表面的石墨烯。调节氢气和氧气的比例能够连续控制刻蚀速率,这种氧化性刻蚀能够有效降低石墨烯的成核密度,调节单晶晶畴的生长速率。通过调控甲烷、氢气和氧气合适的比例和浓度,成功地实现了厘米级单晶石墨烯的可控生长。

      王帅等人的研究结果表明,通过对气氛中微量氧气的有效控制,可以实现高质量石墨烯薄膜的稳定生长,并且不需要对基底做任何特殊处理。需要指出的是,厘米级单晶石墨烯还不能满足工业对石墨烯薄膜质量的要求,低成本快速制备晶圆级单晶石墨烯还有许多问题有待解决。

韩国研究人员近日研发了一种贴片用于调节血糖水平。这种基于石墨烯的贴片可通过皮肤提供二甲双胍降低糖尿病小鼠的血糖水平。相关成果近日在线发表于《自然—纳米科技》。

很多人都在尝试通过微创或者非侵入性方法监控糖尿病患者血糖水平,通过汗水检测人体葡萄糖含量是穿刺测量血糖的潜在替代法。在这一方面,在可穿戴电子产品上使用石墨烯具有前途,因为该材料具有柔性及导电性。然而,石墨烯的合成方法限制了其在电化学装置中测量酸碱度、生物分子等生化标志物的使用。

韩国首尔基础科学研究所dae-hyeongkim团队在石墨烯中添加了金颗粒,并把它与一个金网结合,制造了一个灵活的半透明贴片,并展示了其在糖尿病检测和反馈治疗上的潜力。研究人员利用糖尿病小鼠和两名健康男性做了实验。贴片上含有一系列传感器,可检测湿度、葡萄糖含量、酸碱度和温度。由于葡萄糖传感器以酶为基础,会受到汗液酸碱度变化的影响,酸碱度和温度传感器通过实时监测这两个参数,调整葡萄糖传感器的测量值,使葡萄糖测量的可靠性上升。最后,当贴片感受到汗液中的高葡萄糖水平时,贴片中嵌入的加热器会触发其外壳溶解,并释放药物二甲双胍。研究人员表示,该贴片的药物输送组件需要在进行人类患者实验之前扩大规模。

点击查看昨天都发生了什么?


石墨烯制成柔性糖尿病管理贴片、IDTechEx预测未来十年石墨烯发展

丨晚报3.22

碳资讯编辑整理 转载请注明


发表