Adv. Mater. 直接CVD路線合成石墨烯玻璃：生產和應用

【引語】

2016年9月28日，Adv. Mater.網站在線發表了題為“Graphene Glass from Direct CVD Routes: Production and Applications”的文章。該文章的第一作者是來自北京大學的Jingyu Sun，通訊作者是北京大學張艷鋒教授和劉忠范院士。在這篇快訊（Research News）文章中，研究人員報道了通過直接CVD工藝合成石墨烯玻璃的最新研究進展。

【成果簡介】

玻璃是一種廣泛使用的、透明的無定形氧化物，通常具有高親水性的絕緣表面和低熱導率。而石墨烯是由碳原子六方排列所形成的僅有單原子厚度的二維薄膜材料，由于其具有獨特的形貌和良好的電、熱、光和力學性能，被證明是一種優越的涂層材料用在剛性或柔性基板表面。值得注意的是，將石墨烯涂敷在玻璃表面形成的石墨烯玻璃復合材料具有多種性能，在智能窗戶和透明電子材料方面具有巨大的發展潛力。

現有的合成石墨烯玻璃的工藝路線通常是由液相剝離的石墨烯在溶液中鑄膜或是利用氣相化學沉積（CVD）的石墨烯在金屬上轉移涂覆。盡管這些工藝在近年來有所進步，但是在實現石墨烯玻璃的質量、連續性和完整性上仍然是具有挑戰性。因此，石墨烯玻璃的高成本、過程的復雜性和有限的可伸縮性成為進入日常生活應用和產品的障礙。最近，一種實用、經濟的工藝，通過在玻璃基板上直接形成石墨烯來合成一體化的石墨烯玻璃，即免轉移CVD合成工藝，引起了極大的關注。這種直接的工藝不僅能生產出質量可控、均勻性好、具可伸縮性的石墨烯，而且繞過了具有破壞性的轉移過程。文中作者總結了通過直接CVD路線生產石墨烯玻璃的最新進展。

【圖文導讀】

圖1：通過直接CVD合成石墨烯玻璃的可選工藝路線

(a) 利用直接PECVD工藝在不同種類玻璃基底表面生長石墨烯的示意圖；

(b) 利用直接PECVD工藝生產的石墨烯玻璃的4英寸照片；

(c) 在相同條件下利用PECVD工藝在不同玻璃基底表面生長的石墨烯的拉曼光譜；

(d) 經不同生長時間(2-6 h)在藍寶石玻璃薄膜(6 cm×11 cm)表面生長的石墨烯薄膜的照片；

(e) APCVD石墨烯(生長在石英玻璃表面)轉移到SiO₂/Si基底表面的光學照片；

(f) 直接在藍寶石玻璃基底表面生長的石墨烯薄膜I_2D/I_G比的拉曼的映射映像；

(g) 在熔融鈉鈣玻璃表面生長的石墨烯的示意圖；

(h) 均勻石墨烯盤上樣品的SEM圖；

(i) 5 cm直徑的石墨烯玻璃圓片。

圖2：利用幾種流行工藝大規模生產石墨烯玻璃的研究路線圖

直接CVD工藝路線能在石墨烯質量、生產成本和在日常生活中的使用成本之間取得平衡。

圖3：直接CVD法生產的石墨烯玻璃的多種應用

(a) PECVD石墨烯/商用鈉鈣玻璃(尺寸：1 cm×3 cm)的圖片，顯示能點亮綠色LED指示器透明導電性；

(b) 石墨烯和ITO基設備電流的電流密度與電壓特征，插圖為點燃OLED石墨烯電極的照片；

(c) 石墨烯玻璃鏡(左)及其良好的鏡面反射和防霧性能(右)示意圖；

(d) 石墨烯玻璃基電致變色設備白色和彩色的光學透過率光譜 (性能相當與一個ITO基設備)；

(e,f) 石墨烯玻璃基電致變色窗戶在白色和彩色狀態下的照片；

(g,h)在石墨烯玻璃培養72 h的光學圖像(g)和熒光圖像(h)；

(i) 3T3細胞在石墨烯玻璃培養的熒光細胞骨架圖譜(紅色)；

(j) 具有良好生物相容性的石墨烯玻璃中細胞增殖的統計直方圖；

(k,l) 石墨烯和純玻璃疏水性和親水性的示意圖(k)和照片(l)；

(m) CA和玻璃表面石墨烯涂層相應的SA，顯示了依賴合成路線的表面疏水性；

(n)純玻璃和石墨烯玻璃的集水效率(圖片為水接觸角)。

【小結】

通過石墨烯玻璃的合成，直接CVD合成路線被證明是通向研究玻璃與石墨烯如何結合的關鍵點。它使得在具有靈巧的可伸縮性、高厚度/覆蓋均勻，具有緊密和干凈界面的不同玻璃表面生產石墨烯成為可能。所有這些使石墨烯玻璃廣泛應用在日常生活中。CVD的靈活性可適應多種類型的玻璃，進一步顯示了這項技術的實質性和多功能性。更重要的是，石墨烯的玻璃已經被證明具有寬頻譜，可利用在包括但不限于透明電極，智能窗戶，生物友好型實驗室器皿和吸水機等領域。

【文獻鏈接】Graphene Glass from Direct CVD Routes: Production and Applications (Adv. Mater.，2016,

DOI: 10.1002/adma.201602247)

本文由材料人編輯部納米組Jun han Kong供稿，材料牛編輯整理。

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