細菌引發的石墨烯太陽電池的改革

材料牛:細菌的參與使新一代的太陽能電池和其它電子設備變得更小、更輕、更便宜成為可能。一種制造具有新電子屬性的石墨烯的方法遍及了網絡的各個角落。這項研究對生產更小、更輕、更便宜的太陽能電池和其它電子設備有巨大的影響，但這不是唯一令人興奮的原因。

枯草芽胞桿菌落

細菌石墨烯太陽能：在細菌的幫助下產生的新一代太陽能電池

新的石墨烯研究中一個相當好的部分是其與眾不同的制造方法。這種石墨烯因為具有納米級的褶皺而具有獨特的電子性質。這些褶皺的產生是由于研究人員在制造過程中加入細菌的緣故。

是的，細菌——地球上最古老的生物之一——已經應用到剪裁最新的納米材料中(石墨烯在2004年被發現)。在石墨烯表面生成褶皺并不是一種新穎的做法。但傳統的方法（比如拉伸片層并讓其突然折回）是有效的，卻不能得到特別精確的褶皺。

這新項目的團隊是由芝加哥的伊利諾伊大學大學創建的。他們的想法是通過排列細菌陣列直接進入石墨烯的來構建精確的褶皺。

在這個項目中，他們使用了枯草芽孢桿菌（一種已經被充分研究并能用于制造抗生素的土棲的細菌）。它是非常小且具有幾乎永遠沉睡能力的細菌，所以將其用于制造產品具有很好的前景。

在顯微鏡下, 枯草芽孢桿菌看起來像迷你香腸。研究團隊讓它們像香腸串一樣進行排列，并將其放入具有電場的單層石墨烯中。接下來，他們將石墨烯/細菌組合放入真空中。在真空條件下從細菌中吸取水分，從而迫使它們萎縮。由于石墨烯的柔韌性非常好，它隨著成排的細菌的萎縮而重新配置,這樣就得到了精確對齊的納米褶皺。

原子力顯微鏡顯示細菌覆蓋在石墨烯片的形貌(左圖),和真空處理后石墨烯褶皺的形貌(右圖,2倍放大):

研究團隊的組長Vikas Berry表示：“由于真空過程中創建了碳納米管，那么由此產生的混合材料其性質不同于單純的石墨烯。褶皺在碳原子周圍的電子云開辟了一個“V”…”這可以拓展電子帶隙的偶極矩，然而平面石墨烯并不具備這種性質。”

根據Berry的描述，這種統一的排列在電場中創建一個差異，使得橫向電流小于縱向電流。研究團隊的下一個目標是更準確的改善和裁剪的褶皺，即完成兩個褶皺相距大約兩個納米(世界上最小的)的目標。

你可以在Nano雜志中的“Confined, Oriented, and Electrically Anisotropic Graphene Wrinkles on Bacteria.”得到更多的細節。這里有一小段是關于這篇文章的摘要(各向異性指材料在不同的方向測量表現出不同的性質):……結果顯示由生物誘導產生的具有可控的、定向的以及電子各向異性的石墨烯褶皺可應用于電子、生物電機械學和應變模式。

細菌使美國走向復興

在其他方面，細菌已經慢慢進入清潔技術領域。紐約州賓厄姆頓州立大學最近利用藍藻細菌創建了一個基于生物的太陽能電池。

在堪薩斯州立大學，研究人員也一直致力于用細菌產生的染料代替染色敏化太陽能電池中的有毒化學物質。細菌在儲能領域也嶄露頭角。

在先進制造業方面，研究人員正在利用細菌來探索神秘的生物自組裝。如果把三維打印、模塊自組裝以及機器人進行組合，那么未來你將看到與傳統方式截然不同的制造產業的生產線。

原文鏈接：Common Bug Opens Door To Next-Gen Graphene Solar Cells

相關文獻：Confined, Oriented, and Electrically Anisotropic Graphene Wrinkles on Bacteria

本文由編輯部張瑩提供素材；牛效瑩編譯；黃超審核，點我加入材料人編輯部。