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- 劉忠范:石墨烯產業切勿重演大煉鋼鐵運動

電子工程師? 2016年12月26日 19:45 ? 次閱讀

  石墨烯和玻璃的結合有什么意義和價值呢?玻璃是透明的,少層石墨烯不會改變玻璃的這種屬性。玻璃是電和熱的不良導體,石墨烯則是電和熱的良導體,如果能夠把這兩個東西結合起來的話,會產生一種特種玻璃,既導電又導熱,同時兼具強度的提升和生物相容性。
?

  傳統玻璃的制備是高溫化學過程。玻璃是非晶體,所以沒有熔點,但是有軟化點,這是石墨烯生長時的一個非常重要的參數。不同玻璃的軟化點不同,從攝氏400度到2000度以上。石墨烯是在攝氏1000度左右長出來的,因此軟化點不同,生長方法也完全不同,為此花費了我們數年的時間。
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  對于石英等耐高溫玻璃,直接在高溫下生長石墨烯,需要一些訣竅。普通玻璃軟化點較低,需要利用等離子體增強化學氣相沉積技術。雖然質量不好,但基本可以保證產品透明導電。我們還發明了熔融態氣相沉積技術,在軟化、熔融的玻璃表面上生長出高質量的石墨烯薄膜。現在,我們可以在任意玻璃上生長出一到數層的石墨烯,可控性相當不錯。
?

  玻璃上生長石墨烯的一個難點在于均勻性,大面積生長時均勻性會變差,而且生長速率比較慢。實際上還有很大的提升空間,比如用乙醇作為碳源時生長速度可以大幅度提高,質量也顯著提升。
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  這里是一塊六十厘米長的玻璃,用甲烷長石墨烯的時候非常不均勻,但是用乙醇則完全不同,長得非常均勻。我們想了很多辦法來提升生長速度,以滿足大規模制備的需求。例如,在生長玻璃基底上放置一塊毛玻璃,形成一個狹窄的生長空間,可有效提升生長速度。
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  那么這些玻璃究竟有什么用呢?我們做了大量的應用探索工作。
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  · 觸摸屏
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  上圖是我們用石墨烯玻璃做的觸摸屏,線性度可以說和ITO沒有任何差異。當然目前還比較貴,無法同ITO玻璃競爭。
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  · 電致變色智能
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  大家坐過波音787的話,會發現已經用上了智能變色窗,不用窗簾。一按按鈕就可以調控窗子的顏色。用我們的石墨烯玻璃也可以達到同樣的目的,而且能耗可以大幅度降低。
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  · 液晶智能窗
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  把高分子液晶夾在兩塊石墨烯玻璃中間,加上幾十伏的電壓,就可以切換智能窗的透明度。未來可以用石墨烯玻璃做投影墻,用的時候打開,是不透明的,通過散射光來投影;不用的時候可以是一幅裝飾畫或滾動顯示屏。
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  · 透明加熱片
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  這是一種更接地氣的用途。石墨烯玻璃導電,而且具有一定的電阻,可以用作透明加熱片,加上幾伏電壓就可以起到除霜、除霧的作用。大膽想象一下,未來的石墨烯新能源汽車不需要貼膜而自動調色,可以自動除霜霧,車體用的是石墨烯復合材料,動力電池也用到石墨烯,甚至還裝備很多石墨烯傳感器
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  · 高效半導體照明技術
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  最近我們和半導體所合作,找到了石墨烯應用的新大陸。在石墨烯玻璃上生長高質量第三代半導體材料,可顯著提高照明效率,降低成本。
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  · 高效細胞培養皿
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  我們的石墨烯玻璃還可以制作高效細胞培養皿,同等條件下細胞增殖效率提高至少一倍。
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  · 生物傳感器
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  石墨烯玻璃制品還有很多用途。在透鏡、棱鏡上面生長一層石墨烯,再修飾一些生物分子,可以用作生物傳感器。顯而易見,借助于玻璃,石墨烯可以開辟出一系列全新的應用領域。
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  · 收集水霧
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  這是一個演示性的東西,可以做干旱地區的水霧收集。這是集水性非常強的玻璃,水滴在上面是水霧狀態而不是薄膜狀態,導熱率提高幾倍,這樣就可以高效地收集水霧。用石墨烯玻璃制作的智能建筑,在干旱和半干旱地區可顯示出廣闊的應用前景。
?

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傳統的太陽能電池板面臨著一些問題,比如光污染。太陽能電站的電池板反射的光線能對飛過的鳥類造成傷害,對此像特斯拉...
發表于 2019-07-16 08:28? 2629次閱讀
石墨烯在太陽能電池板的應用
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