麻省理工學院開發(fā)新的高質(zhì)量可擴展石墨烯膜連續(xù)制備工藝

麻省理工學院開發(fā)新的高質(zhì)量可擴展石墨烯膜連續(xù)制備工藝

 麻省理工學院的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種連續(xù)的制造工藝，可以生產(chǎn)長條高質(zhì)量的石墨烯。該團隊的研究結(jié)果首次證明了可用于制造高質(zhì)量石墨烯的工業(yè)可擴展方法，該方法適用于過濾各種分子（包括鹽、較大離子、蛋白質(zhì)或納米顆粒）的膜。這種膜應該用于脫鹽、生物分離和其他應用。

“幾年來，研究人員一直認為石墨烯是超薄膜的潛在途徑，”機械工程副教授兼麻省理工學院制造與生產(chǎn)力實驗室主任 hart說?！拔覀兿嘈胚@是第一項量身定制石墨烯制造膜應用的研究，這需要石墨烯是無縫的，完全覆蓋基材，并且質(zhì)量很高。” hart是該論文的資深作者，該論文在《Applied Materials and Interfaces》期刊上發(fā)表。

生長石墨烯

對于許多研究人員來說，石墨烯非常適合用于過濾膜。單片石墨烯類似于原子狀的細金屬絲，由碳原子組成，碳原子以一種圖案連接，使得該材料非常堅韌，即使是最小的原子氦也不會透過。

包括Karnik小組在內(nèi)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出制造石墨烯薄膜的技術(shù)，并且用小孔或納米孔精確地控制，其尺寸可以根據(jù)需要定制以過濾出特定的分子。大多數(shù)情況下，科學家通過稱為化學氣相沉積的方法來合成石墨烯。在這種過程中，他們首先加熱銅箔樣品，然后將碳和其他氣體的混合物沉積在石墨烯上。

在實驗室里，石墨烯基膜大多是小批量制造的，研究人員可以在那里仔細控制材料的生長條件。然而，hart和他的同事認為，如果石墨烯膜要在商業(yè)上使用，就必須以大量、高速率和可靠的性能生產(chǎn)。

hart說：“我們知道，對于工業(yè)化來說，這需要一個持續(xù)的過程。你不可能只做幾塊就夠了。而在商業(yè)上使用的薄膜需要相當大--有些太大了，你必須把一張海報般寬的鋁箔放到爐子里才能制造出薄膜?！?br>
工廠推出

研究人員著手建立一個端到端，從頭到尾的制造工藝來制造膜質(zhì)量的石墨烯。該團隊的設(shè)置結(jié)合了卷對卷方法，一種用于連續(xù)處理薄箔的常見工業(yè)方法，采用普通的石墨烯制造技術(shù)--化學氣相沉積法，以大批量和高速率制造高質(zhì)量的石墨烯。該系統(tǒng)由兩個線軸組成，通過穿過小爐的傳送帶連接。第一個卷軸展開一條長度不到1厘米寬的銅箔條。當它進入爐子時，箔片通過第一個管道，然后是另一個，以“分區(qū)”設(shè)計進料。

當金屬箔通過第一根管子時，它會加熱到一定的理想溫度，此時它已準備好穿過第二根管子，科學家們在這里按指定的甲烷和氫氣比率泵入，并沉積到加熱箔產(chǎn)生石墨烯。

“石墨烯開始在島上形成，然后這些島一起生長形成連續(xù)的薄片，”hart說?！爱斔x開烤爐時，石墨烯應該完全覆蓋一層薄膜，就像一個連續(xù)的比薩餅床。”當石墨烯離開爐子時，它被卷到第二個線軸上。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們能夠通過該系統(tǒng)連續(xù)供給箔片，以每分鐘5厘米的速度生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯。他們最長的時間持續(xù)了將近四個小時，在此期間他們產(chǎn)生了約10米的連續(xù)石墨烯。“如果這是在一家工廠，它將7*24小時運行，”hart說?！澳憧梢韵裼∷C一樣通過大卷軸紙?！?br>
靈活的設(shè)計

一旦研究人員使用卷對卷方法生產(chǎn)石墨烯，他們從第二個卷軸上展開箔片并將小樣本切出。他們使用由哈佛大學科學家開發(fā)的方法，用聚合物網(wǎng)或支持物來鑄造樣品，然后蝕刻下面的銅。

“如果不充分支撐石墨烯，它就會蜷縮起來，”Kidambi說?！八阅銖南旅嫖g刻出銅，并用多孔聚合物直接支撐石墨烯，這基本上是一種膜?！本酆衔锔采w的孔比石墨烯的孔大， hart說，石墨烯的孔是微觀的“鼓頭”，使石墨烯堅固，微孔開放。研究人員使用石墨烯膜進行擴散測試，將水、鹽和其他分子的溶液流過每個膜。他們發(fā)現(xiàn)總體而言，膜能夠承受流動，同時過濾出分子。它們的性能可與傳統(tǒng)的小批量法制備的石墨烯膜相媲美。

該團隊還以不同的速度運行該過程，使用不同比例的甲烷和氫氣，并對每次運行后所得石墨烯的質(zhì)量進行了表征。他們繪制了圖表來展示石墨烯質(zhì)量與制造工藝的速度和氣體比率之間的關(guān)系。Kidambi如果其他設(shè)計師可以建造類似的裝置，他們可以利用團隊的設(shè)計來確定他們生產(chǎn)某種質(zhì)量的石墨烯所需要的設(shè)置。

Kidambi說?！霸撓到y(tǒng)為您提供了極大的靈活性，無論您希望如何調(diào)整石墨烯，從電子到薄膜應用都可以?！闭雇磥?，hart表示，他希望找到方法，改善包括聚合物鑄造和其他手動完成的步驟，以卷到卷的方式進行。hart說：“在端到端的流程中，我們需要將更多的業(yè)務整合到生產(chǎn)線中。目前，我們已經(jīng)證明了這個過程可以擴大，我們希望這能增加人們對基于石墨烯的膜技術(shù)的信心和興趣，并為商業(yè)化提供了一條途徑?！?/p>

本文出自東莞市捷誠石墨制品有限公司官網(wǎng)：http://zgzscp.com 權(quán)威發(fā)布，    東莞市捷誠石墨制品有限公司是一家集銷售、應用開發(fā)，產(chǎn)品加工的石墨專業(yè)廠家，專門為模具行業(yè)、機械行業(yè)、真空熱處理爐、電子半導體及太陽能光伏產(chǎn)業(yè)等提供石墨材料、石墨電極和相關(guān)的石墨制品，歡迎致電13549365158更多關(guān)于石墨制品方面信息，可回本網(wǎng)站產(chǎn)品頁面詳細了解點擊：石墨制品  石墨模具  石墨坩堝 石墨轉(zhuǎn)子 石墨軸承 石墨板 石墨棒 石墨匣體 石墨熱場 真空爐石墨制品 電子石墨模具