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巧用細菌還原大批量快速生産石墨烯!

     被譽為新材料之王的石墨烯自誕生以來,因其優異的光學、電學、力學特性,在新能源、航空航天、生物醫學和藥物傳遞等領域擁有廣闊的應用前景,成為材料界的寵兒。
     盡管材料界看好石墨烯的應用,但擺在現實面前的是,石墨烯無法低成本、大規模地進行生産,這嚴重阻礙了石墨烯的發展以及應用。對于科研人員而言,如何讓石墨烯大批量快速生産,是首要難題。

石墨烯的誕生與制備

     石墨烯存在于自然界,但難以剝離出單層結構。層層疊疊的石墨烯形成了肉眼可見的石墨,1毫米厚度的石墨大約包含300萬層石墨烯。我們用鉛筆輕劃過紙張,留下的痕迹就可能是一層甚至幾層石墨烯。
     2004年,英國曼徹斯特大學的科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃消洛夫用重複用特殊膠帶粘住石墨片這一動作,通過多次不斷的剝離,最終獲得了僅由一層碳原子構成的薄片,這就是石墨烯。
     當前業界制備石墨烯的方法多種多樣,較為常用的方法是使用化學氣相沉積,或通過将石墨粉碎成氧化石墨烯、然後化學還原的方式來制備石墨烯。遺憾的是,這兩種方法都要用到刺激性的化學品。除此外,還有難以實現大規模合成的機械剝離法、石墨烯生産厚度不均的取向附生法、對設備要求高的碳化矽外延法等。
特種細菌制備法
     羅切斯特大學生物學副教授Anne S. Meyer在《ChemOpen》雜志上發表的一篇論文,文中提出了一種生産石墨烯材料的新方法,研究人員将石墨氧化物與細菌混合,細菌将石墨氧化物還原,從而可大規模生産石墨烯材料。
他們首先去除材料的石墨層,生成單層石墨烯氧化物,而後将其與Shewanella細菌混合,并保持足夠時間讓它們充分接觸。經過一段時間後,Shewanella細菌就能夠将單層石墨烯氧化物還原為石墨烯材料。

産品開發與應用

Meyer說:“氧化石墨烯易于生産,但由于含氧基團,因此它的導電性并不理想。而Shewanella細菌會除去大部分的含氧基團,從而将其轉化為導電材料。”

     通過Shewanella細菌生産的石墨烯材料不僅具有良好的導電特性,同時比化學法生産的石墨烯更薄、更穩定且能夠存儲更長的時間,且适用于多個領域的産品開發。
  • 場效應晶體管(FET)生物傳感器是一種能夠檢測生物分子的設備,可以用于對糖尿病患者進行實時血糖監測。
  • 導電油墨可以用來制造速度更快、效率更高的電腦鍵盤、電路闆或用于汽車擋風玻璃除霜的小型電線,導電油墨也可用于在織物或紙張等非傳統材料上制作電路。
     此外,科學家還表示可以開發出一種“細菌光刻”技術,用于制造僅在一側導電的石墨烯材料,有望推動納米複合材料的研究發展。
資料來源:

http://www.sohu.com/a/327229997_313834

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/open.201900186

https://www.xianjichina.com/special/detail_410005.html

https://www.cnbeta.com/articles/science/866601.htm

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