Adv. Mater. 直接CVD路线合成石墨烯玻璃：生产和应用

【引语】

2016年9月28日，Adv. Mater.网站在线发表了题为“Graphene Glass from Direct CVD Routes: Production and Applications”的文章。该文章的第一作者是来自北京大学的Jingyu Sun，通讯作者是北京大学张艳锋教授和刘忠范院士。在这篇快讯（Research News）文章中，研究人员报道了通过直接CVD工艺合成石墨烯玻璃的最新研究进展。

【成果简介】

玻璃是一种广泛使用的、透明的无定形氧化物，通常具有高亲水性的绝缘表面和低热导率。而石墨烯是由碳原子六方排列所形成的仅有单原子厚度的二维薄膜材料，由于其具有独特的形貌和良好的电、热、光和力学性能，被证明是一种优越的涂层材料用在刚性或柔性基板表面。值得注意的是，将石墨烯涂敷在玻璃表面形成的石墨烯玻璃复合材料具有多种性能，在智能窗户和透明电子材料方面具有巨大的发展潜力。

现有的合成石墨烯玻璃的工艺路线通常是由液相剥离的石墨烯在溶液中铸膜或是利用气相化学沉积（CVD）的石墨烯在金属上转移涂覆。尽管这些工艺在近年来有所进步，但是在实现石墨烯玻璃的质量、连续性和完整性上仍然是具有挑战性。因此，石墨烯玻璃的高成本、过程的复杂性和有限的可伸缩性成为进入日常生活应用和产品的障碍。最近，一种实用、经济的工艺，通过在玻璃基板上直接形成石墨烯来合成一体化的石墨烯玻璃，即免转移CVD合成工艺，引起了极大的关注。这种直接的工艺不仅能生产出质量可控、均匀性好、具可伸缩性的石墨烯，而且绕过了具有破坏性的转移过程。文中作者总结了通过直接CVD路线生产石墨烯玻璃的最新进展。

【图文导读】

图1：通过直接CVD合成石墨烯玻璃的可选工艺路线

(a) 利用直接PECVD工艺在不同种类玻璃基底表面生长石墨烯的示意图；

(b) 利用直接PECVD工艺生产的石墨烯玻璃的4英寸照片；

(c) 在相同条件下利用PECVD工艺在不同玻璃基底表面生长的石墨烯的拉曼光谱；

(d) 经不同生长时间(2-6 h)在蓝宝石玻璃薄膜(6 cm×11 cm)表面生长的石墨烯薄膜的照片；

(e) APCVD石墨烯(生长在石英玻璃表面)转移到SiO₂/Si基底表面的光学照片；

(f) 直接在蓝宝石玻璃基底表面生长的石墨烯薄膜I_2D/I_G比的拉曼的映射映像；

(g) 在熔融钠钙玻璃表面生长的石墨烯的示意图；

(h) 均匀石墨烯盘上样品的SEM图；

(i) 5 cm直径的石墨烯玻璃圆片。

图2：利用几种流行工艺大规模生产石墨烯玻璃的研究路线图

直接CVD工艺路线能在石墨烯质量、生产成本和在日常生活中的使用成本之间取得平衡。

图3：直接CVD法生产的石墨烯玻璃的多种应用

(a) PECVD石墨烯/商用钠钙玻璃(尺寸：1 cm×3 cm)的图片，显示能点亮绿色LED指示器透明导电性；

(b) 石墨烯和ITO基设备电流的电流密度与电压特征，插图为点燃OLED石墨烯电极的照片；

(c) 石墨烯玻璃镜(左)及其良好的镜面反射和防雾性能(右)示意图；

(d) 石墨烯玻璃基电致变色设备白色和彩色的光学透过率光谱 (性能相当与一个ITO基设备)；

(e,f) 石墨烯玻璃基电致变色窗户在白色和彩色状态下的照片；

(g,h)在石墨烯玻璃培养72 h的光学图像(g)和荧光图像(h)；

(i) 3T3细胞在石墨烯玻璃培养的荧光细胞骨架图谱(红色)；

(j) 具有良好生物相容性的石墨烯玻璃中细胞增殖的统计直方图；

(k,l) 石墨烯和纯玻璃疏水性和亲水性的示意图(k)和照片(l)；

(m) CA和玻璃表面石墨烯涂层相应的SA，显示了依赖合成路线的表面疏水性；

(n)纯玻璃和石墨烯玻璃的集水效率(图片为水接触角)。

【小结】

通过石墨烯玻璃的合成，直接CVD合成路线被证明是通向研究玻璃与石墨烯如何结合的关键点。它使得在具有灵巧的可伸缩性、高厚度/覆盖均匀，具有紧密和干净界面的不同玻璃表面生产石墨烯成为可能。所有这些使石墨烯玻璃广泛应用在日常生活中。CVD的灵活性可适应多种类型的玻璃，进一步显示了这项技术的实质性和多功能性。更重要的是，石墨烯的玻璃已经被证明具有宽频谱，可利用在包括但不限于透明电极，智能窗户，生物友好型实验室器皿和吸水机等领域。

【文献链接】Graphene Glass from Direct CVD Routes: Production and Applications (Adv. Mater.，2016,

DOI: 10.1002/adma.201602247)

本文由材料人编辑部纳米组Jun han Kong供稿，材料牛编辑整理。

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