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新材料大幅削減石墨烯製造成本

上網時間: 2015年11月23日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:石墨烯  薄膜  鋰離子電池  材料  化學氣相沈積 

英國蘇格蘭格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究人員發現一種能夠大量生產石墨烯薄膜的新方法。在石墨烯薄膜的製造過程中,由於基板的成本直接影響到石墨烯本身的最終成本,因此,研究人員借用了製造鋰離子電池的材料,據稱可使基板成本大幅降低到大約只有先前使用材料的1/100。

石墨烯一向被喻為「神奇材料」,因為它最先在2004年時從石墨中分離出來。石墨烯大約只有一個單原子的厚度,但卻比鋼更具彈性、強韌且更能更有效地傳導熱能與電能。

然而,石墨烯至今尚未獲得業界廣泛採用,主要的侷限就在於其生產費用。唯有實現可負擔的石墨烯生產方式,才能讓一系列新技術導入市場,例如透過合成的皮膚為仰賴義肢的截肢患者提供感官反饋。

在最新一期的《科學報告》(Scientific Reports)發表的一篇論文中,研究人員描述了這項過程。石墨烯通常使用化學氣相沈積(CVD)方式進行生產,在這種類似半導體製造的過程中,氣態反應物在基板上沈積形成薄膜。

以往的在生產時採用銅作為材料,但在顯微鏡下可看到在軋製過程導致的表面刮痕與缺陷。因此,該研究人員改採用商用銅箔——由Mitsui Mining & Smelting公司生產的超平滑銅箔,用於鋰離子電池的負極。這種超平滑的銅表面為石墨烯的形成提供了絕佳的平台。

研究人員發現,相較於以往生產製程中所用的材料,他們所製做的石墨烯在電晶體的電子與光學性能方面有了顯著的改善;而且,石墨烯更能完整地覆蓋基板,形成薄膜缺陷更少的較佳結構。

主導這項研究的格拉斯哥大學工程系教授Ravinder Dahiya表示,我們在製程中所用的商用銅箔市售價格約每平方公尺1美元,相形之下,目前生產石墨烯時用量相當的銅價格約需要115美元。而且,這種更昂貴的銅材料在使用前通常還得先準備,進一步增加了製造過程的成本。

我們在過程中使用的市售銅零售價為每平方米一美元,與之相比在115 $的銅目前石墨烯生產中使用了類似的量。這較昂貴的銅的形式通常需要製備可用於之前,進一步增加了過程的成本。

「我們的製程能以低成本生產高品質的石墨烯,讓我們更近一步創造出可負擔的新電子元件,從而催生更廣泛的新應用,從未來的智慧城市到行動醫療保健等。」

一步步接近了廣泛的應用創造實惠的新型電子器件,從未來的智能城市帶我們到移動醫療。

「我自已大部份的研究是在合成皮膚領域。石墨烯有助於提供超柔軟且導電的表面,因而能夠以一種當今最先進的義肢都無法實現的方式,為需要義肢輔肋的患者提供感官反饋。」

這項研究是由格拉斯哥大學與土耳其畢爾肯大學(Bilkent University)的研究人員共同進行的。研究報告主題為「為高性能軟性光電元件合成大面積的石墨烯」(Synthesis of Large Area Graphene for High Performance in Flexible Optoelectronic Devices),發表於《科學報告》中。歐盟(EU)與工程暨物理科學研究委員會(EPSRC)為這項研究提供了贊助。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Researchers cut cost of graphene production,by Graham Prophet)





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