细菌引发的石墨烯太阳电池的改革

材料牛:细菌的参与使新一代的太阳能电池和其它电子设备变得更小、更轻、更便宜成为可能。一种制造具有新电子属性的石墨烯的方法遍及了网络的各个角落。这项研究对生产更小、更轻、更便宜的太阳能电池和其它电子设备有巨大的影响，但这不是唯一令人兴奋的原因。

枯草芽胞杆菌落

细菌石墨烯太阳能：在细菌的帮助下产生的新一代太阳能电池

新的石墨烯研究中一个相当好的部分是其与众不同的制造方法。这种石墨烯因为具有纳米级的褶皱而具有独特的电子性质。这些褶皱的产生是由于研究人员在制造过程中加入细菌的缘故。

是的，细菌——地球上最古老的生物之一——已经应用到剪裁最新的纳米材料中(石墨烯在2004年被发现)。在石墨烯表面生成褶皱并不是一种新颖的做法。但传统的方法（比如拉伸片层并让其突然折回）是有效的，却不能得到特别精确的褶皱。

这新项目的团队是由芝加哥的伊利诺伊大学大学创建的。他们的想法是通过排列细菌阵列直接进入石墨烯的来构建精确的褶皱。

在这个项目中，他们使用了枯草芽孢杆菌（一种已经被充分研究并能用于制造抗生素的土栖的细菌）。它是非常小且具有几乎永远沉睡能力的细菌，所以将其用于制造产品具有很好的前景。

在显微镜下, 枯草芽孢杆菌看起来像迷你香肠。研究团队让它们像香肠串一样进行排列，并将其放入具有电场的单层石墨烯中。接下来，他们将石墨烯/细菌组合放入真空中。在真空条件下从细菌中吸取水分，从而迫使它们萎缩。由于石墨烯的柔韧性非常好，它随着成排的细菌的萎缩而重新配置,这样就得到了精确对齐的纳米褶皱。

原子力显微镜显示细菌覆盖在石墨烯片的形貌(左图),和真空处理后石墨烯褶皱的形貌(右图,2倍放大):

研究团队的组长Vikas Berry表示：“由于真空过程中创建了碳纳米管，那么由此产生的混合材料其性质不同于单纯的石墨烯。褶皱在碳原子周围的电子云开辟了一个“V”…”这可以拓展电子带隙的偶极矩，然而平面石墨烯并不具备这种性质。”

根据Berry的描述，这种统一的排列在电场中创建一个差异，使得横向电流小于纵向电流。研究团队的下一个目标是更准确的改善和裁剪的褶皱，即完成两个褶皱相距大约两个纳米(世界上最小的)的目标。

你可以在Nano杂志中的“Confined, Oriented, and Electrically Anisotropic Graphene Wrinkles on Bacteria.”得到更多的细节。这里有一小段是关于这篇文章的摘要(各向异性指材料在不同的方向测量表现出不同的性质):……结果显示由生物诱导产生的具有可控的、定向的以及电子各向异性的石墨烯褶皱可应用于电子、生物电机械学和应变模式。

细菌使美国走向复兴

在其他方面，细菌已经慢慢进入清洁技术领域。纽约州宾厄姆顿州立大学最近利用蓝藻细菌创建了一个基于生物的太阳能电池。

在堪萨斯州立大学，研究人员也一直致力于用细菌产生的染料代替染色敏化太阳能电池中的有毒化学物质。细菌在储能领域也崭露头角。

在先进制造业方面，研究人员正在利用细菌来探索神秘的生物自组装。如果把三维打印、模块自组装以及机器人进行组合，那么未来你将看到与传统方式截然不同的制造产业的生产线。

原文链接：Common Bug Opens Door To Next-Gen Graphene Solar Cells

相关文献：Confined, Oriented, and Electrically Anisotropic Graphene Wrinkles on Bacteria

本文由编辑部张莹提供素材；牛效莹编译；黄超审核，点我加入材料人编辑部。