石墨烯玻璃：傳統(tǒng)玻璃與石墨烯的無缺結(jié)合

【中玻網(wǎng)】玻璃由于其良好的透光性和低廉的成本，是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚膫鹘y(tǒng)建筑材料。石墨烯是一種具有單原子層厚度的新型明星材料。將石墨烯與玻璃無缺結(jié)合，發(fā)展出一種新型復(fù)合材料—石墨烯玻璃，既能夠保持玻璃本身透光性好的優(yōu)點(diǎn)，又能將石墨烯非常高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和表面疏水等優(yōu)異特性賦予玻璃，有望較大地拓展玻璃的應(yīng)用空間，引發(fā)玻璃產(chǎn)業(yè)從大批量低附加值的應(yīng)用到節(jié)約型高附加值應(yīng)用的革命性轉(zhuǎn)變。
　　
　　當(dāng)前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法來獲得。這些方法獲得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的問題，從而嚴(yán)重影響石墨烯玻璃的性能。同時(shí)，傳統(tǒng)制備方法存在操作繁復(fù)、成本高、產(chǎn)率低等問題，因而難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。因此，發(fā)展一種在玻璃基底上直接生長(zhǎng)石墨烯的新方法，是目前相關(guān)研究中面臨的重大挑戰(zhàn)。
　　
　　北京大學(xué)劉忠范院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)氣相沉積的方法，通過優(yōu)化生長(zhǎng)條件，在玻璃表面成功地實(shí)現(xiàn)了石墨烯的直接生長(zhǎng)。通過對(duì)反應(yīng)氣體濃度、生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)時(shí)間的準(zhǔn)確調(diào)控，劉院士的科研團(tuán)隊(duì)成功克服了玻璃表面催化裂解前驅(qū)體能力低，碳碎片在基底表面遷移能力弱等難題，在耐高溫玻璃表面實(shí)現(xiàn)了大面積、層數(shù)可控、高品質(zhì)的石墨烯生長(zhǎng)。利用這種方法獲得的石墨烯玻璃，具有玻璃與石墨烯的界面接觸良好、界面純凈等優(yōu)異特性。
　　
　　由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性，以及石墨烯的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和表面疏水性等優(yōu)點(diǎn)，研究人員將其應(yīng)用于熱致變色窗口、防霧視窗以及光催化等方面。研究發(fā)現(xiàn)，一方面，由于石墨烯本身的電阻適中，通電時(shí)產(chǎn)生的熱量足以使熱致變色涂層的顏色發(fā)生改變，因此可以做為一種合適的窗口材料。另一方面，通電時(shí)石墨烯產(chǎn)生的熱量還可以用來去除材料表面的水霧，不通電的情況下，利用石墨烯本身的疏水特性也可以自發(fā)舒緩水霧形成。因此，石墨烯玻璃防霧視窗同時(shí)具備了主動(dòng)和被動(dòng)防/除霧的能力。此外，在玻璃表面直接生長(zhǎng)的石墨烯均勻性良好，可以做為一種循環(huán)使用的光催化的理想基板。通過化學(xué)方法將光催化劑負(fù)載到石墨烯玻璃表面，可以有效地提升催化效率。
　　
　　劉忠范院士相信，石墨烯玻璃在未來必將有非常廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于玻璃產(chǎn)業(yè)和石墨烯材料而言都是至關(guān)重要的。
　　
　　該項(xiàng)研究得到了科技部（2013CB932603，2012CB933404，2011CB921903，2013CB934600）、國(guó)家自然科學(xué)設(shè)立資金（51432002，51290272，51121091，51222201，11222434）、教育部（20120001130010）和北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（Z151100003315013）等項(xiàng)目的資助