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罗切斯特大学采用细菌法实现了石墨烯材料的大规模生产

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  [据物理学组织网站2019年07月11日报道]为了使计算机、医疗设备以及其他先进技术更加高效,研究人员正把目光转向纳米材料:在原子或分子尺度上操纵材料使其展现出独特的性质。石墨烯是一种极具革命性的纳米材料,它不仅具有良好的导电性,还在机械强度和灵活性上具有非凡的特性。然而,大规模生产石墨烯是十分困难的,这也成为了阻碍石墨烯材料应用于日常生活的主要障碍。


  罗切斯特大学生物学副教授AnneS.Meyer在《ChemOpen》杂志上发表的一篇论文,文中提出了一种生产石墨烯材料的新方法,研究人员将石墨氧化物与细菌混合,细菌将石墨氧化物还原,从而可大规模生产石墨烯材料。这种方法与化学法相比,更经济、更省时、更环保,并有望导致创新计算机技术和医疗设备的诞生。


  英国曼彻斯特大学的科学家因发现石墨烯获得了2010年诺贝尔物理学奖,他们用胶带通过剥离法从普通铅笔的石墨中提取出石墨烯。石墨烯只有一个原子厚,是目前性能最佳的二维材料之一。Meyer说:“想要使石墨烯材料正真的应用于日常生活中,就需要能够实现大量生产,这非常具有挑战性,通常大量生产会导致石墨烯纯度低且原子厚度不易控制。这正是这项技术发挥作用的地方。”


  为了生产更多的石墨烯材料,Meyer和她的同事从一小瓶石墨开始。他们首先去除材料的石墨层,生成单层石墨氧化物,然后将单层石墨氧化物与“希瓦内拉”细菌混合,并保持足够时间的充分接触,“希瓦内拉”细菌将单层石墨氧化物还原为石墨烯材料。Meyer说:“单层石墨氧化物很容易生产,但由于含氧基团,它的导电性并不理想。"希瓦内拉"细菌会除去大部分的含氧基团,从而将其转化为导电材料。”


  通过“希瓦内拉”细菌生产的石墨烯材料不仅具有良好的导电特性,同时比化学法生产的石墨烯更薄、更稳定且能够存储更长的时间,非常适合于各种应用领域,如场效应晶体管(FET)生物传感器和导电油墨。场效应晶体管(FET)生物传感器是一种能够检测生物分子的设备,可以用于对糖尿病患者进行实时血糖监测。


  导电油墨可以用来制造速度更快、效率更高的电脑键盘、电路板或用于汽车挡风玻璃除霜的小型电线,导电油墨也可用于在织物或纸张等非传统材料上制作电路。与传统技术相比,使用导电油墨是一种“更容易、更经济的电路生产方法。


  Meyer说:“我们采用"希瓦内拉"细菌生产的石墨烯材料将非常适合于产品开发。甚至能够开发出一种"细菌光刻"技术,用来制造只有一面导电的石墨烯材料,这将推动新型、先进纳米复合材料的发展。”


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