驚人！實驗室級儀器2分鐘內制備400mm×400mm石墨烯玻璃

　　成果簡介

　　可擴展、高效且成本經濟的石墨烯制備方法是促進石墨烯實際應用的關鍵。近年來，研究人員在提高合成效率和降低生產成本方面做出了大量努力，尤其是化學氣相沉積法。然而，由于合成條件復雜，其效率和均勻性難以進一步提高。迄今為止，如何提供適合石墨烯生長的大面積均勻生產的高效合成方法仍然是一個巨大的挑戰。

　　本文， 國家納米科學中心趙宇亮 院士課題組在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊發表名為“Highly Efficient Growth of Large-Sized Uniform Graphene Glass in Air by Scanning Electromagnetic Induction Quenching Method”的論文，研究利用掃描電磁感應（SEMI）設備開發了一種在空氣中生長石墨烯的簡便、可擴展的超快淬火方法。利用實驗室級儀器，該方法可在2分鐘內成功地在空氣中生長出400mm×400mm的石墨烯玻璃。

　　由此制備的多層石墨烯玻璃具有高度的均勻性、薄膜附著力和全覆蓋性，表面電阻（Rs）低于 500Ω sq-1。其出色的電熱性能可高達1000 °C，有望用于透明加熱設備。SEMI 方法，包括產品尺寸和生長速度，都可以輕松放大，相信這將為石墨烯的實際應用提供一條有效的生長途徑。

　　圖文導讀

圖1、引入SEMI方法，從而生產出大尺寸均勻的石墨烯玻璃

圖2.在玻璃上生產的石墨烯和渦輪石墨薄膜。

圖3、化學結構的光譜分析和模擬結果

圖4、石墨烯玻璃的電熱性能

圖5、石墨烯玻璃的高溫電熱性能

　　小結

　　綜上所述，開發了一種掃描電磁感應（SEMI）淬滅方法，用于石墨烯在空氣中的生長，并顯著提高了合成效率。感應線圈可以瞬間將下面的目標基板加熱到適合石墨烯在空氣中生長的高溫，并自由移動，用于不受真空室尺寸限制的大型石墨烯功能化基板的連續生產。因此，通過使用功率更高的SEMI設備，可以很容易地擴大規模，從而提供更高的生產效率和更低的制造成本。同時，基于設計形狀和尺寸感應線圈的掃描方式，該方法能夠在線圈穿過基板時提供恒定的加熱-冷卻過程和溫度分布。這對于由此產生的大面積石墨烯的均勻性至關重要，這是其他靜態加熱配置和方法難以實現的。上述特點使SEMI方法具有生產大尺寸均勻石墨烯薄膜的潛力，以滿足工業應用的要求。

　　在這項工作中，該方法成功地應用于使用實驗室級儀器在2分鐘內生長400 mm×400 mm石墨烯玻璃。在目前的實驗條件下，多層石墨烯薄膜直接生長在石英、玻璃陶瓷和玻璃纖維紋理上，具有較高的均勻性和優異的薄膜粘附力。由于幾秒鐘的超快淬火過程，可以應用比玻璃軟化點高得多的溫度來生長石墨烯，這被認為有利于石墨烯的質量和薄膜附著力。利用致密PDA前驅體薄膜的厚度可控性，獲得了連續的多層石墨烯或渦輪層石墨薄膜，盡管石墨烯質量受到非催化多晶玻璃表面和具有各種低聚物和偶聯物的復雜PDA結構的限制，但石墨烯玻璃具有優異的表面電導率。由于石墨烯固有的結構特性，突出的電導率和薄膜附著力，因此生產的石墨烯石英玻璃表現出優異的電熱性能，在高達1000°C的溫度下具有高穩定性和有效的紅外輻射能力。這些特性使石墨烯玻璃作為獨特的透明高溫加熱器件為真正的電熱應用做好了準備。

　　此外，SEMI淬火方法與卷對卷設備相結合，有望提高在柔性基板（包括各種纖維紋理和金屬箔）上生長石墨烯的能力和生產效率。這種方法被認為為石墨烯的生長提供了一種有效的途徑，旨在接近其工業應用。

　　文獻：https://doi.org/10.1002/adfm.202402188