文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 《自然》:大规模生产低成本石墨烯已成可能

《自然》:大规模生产低成本石墨烯已成可能

2009年第2期..

(总第2

220期)溷酶.. esNews

德国研发降低轴承摩擦的金刚石涂层

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

轴承是一种通用零部件,只积极开发未来一代的新型轴承,可以适合几何形状复杂的零部

有很少数的设备仪器不会采用他们为轴承开发出一种经过特件进行表面处理,比如轴承球笼轴承设计,大多数情况下,轴承殊工艺加工的高性能化学涂层,等。”目前,工程师们正在优化这

都会出现在各种类型的仪器和以此方法来提供轴承中的表面技术,试图实现低涂层厚度高

设备体系中。采用金刚石类型光滑度,降低摩擦,从而达到延性能表现的应用要求,据悉1WM 的涂层对球型轴承和滑动轴承长轴承使用目的的设计要求。计划将涂层厚度控制在20微米进行表面处理,可以大大的降低这些创新的涂层产品,主要是由以下。“我们的工艺可以确保提

轴承系统的摩擦损耗。目前这金刚石型碳(DLC)组成的,该研供微米级涂层结构的涂层服务种金刚石型涂层已经可以通过究中心的负责人SvenMeier博士要求,在这一尺寸下,涂层就可

特殊的涂装工艺应用在塑胶轴介绍说,“金刚石型涂层的出现,以完全替代传统的润滑油或者承之上,用来提高零部件的耐久使得我们对未来轴承的设计有润滑剂,来最大限度的降低系统

性,延长设备的使用寿命。了强大的技术支持。我们可以内摩擦了。如果有特殊要求的

通常在自行车的传动部分完全有能力设计出比传统轴承话,我们还可以制造出超级光滑

我们常常可以见到球型轴承,而使用寿命更长的新型产品。这的材料表面。”

滑动轴承则可以在轮船机轴中种涂装了新型涂层的轴承技术目前,研究人员还在进一步

发现。轴承在许多传动和制动和应用还在进一步的开发中,我的开发涂层涂装工艺,以确保其

设计中起到了至关重要的作用,们设想这种产品可以在不用润能够满足不同规格和形状零部它们不仅可以在高速引擎和高滑剂的情况下能够出色的完成件的具体要求。IWM的目标就

热复合条件下正常工作,而且还工作。”是通过优化工艺来降低现有的

可以帮助材料满足某些极端苛当然对轴承进行金刚石涂轴承加工的高成本,从而实现降

刻工作环境的要求,金刚石型涂层的表面处理也需要特殊的涂低企业设备采购和设备维护保层的出现很好解决以上应用。装工艺,IWM的科学家们也已经养成本的目的。

来自德国弗赖堡IWM材料irSeilhm

完成了这一工艺的开发。Mee来源:pcaCe

性能研究中心的科学家们正在接着介绍说,“我们的涂装方法

《自然》:大规模生产低成本石墨烯已成可能

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

自2004年石墨烯这一材料被发现以来,有关研究和新闻就未曾间断。

石墨烯的应用范围很广,从柔性电子产品到智能服装,从可折叠显示器到有机太阳能电池,甚至未来的

太空电梯都可以以石墨烯为原料。..

20

008年8月,美国科学家证实,石墨烯是目前已知世界上强度最高的材料。

然而,迄今为止,如何制备大尺寸、高质量的石墨烯薄膜仍旧是一个有待解决的难题。

据《纽约时报》近日报道,韩国科学家在制备大尺寸、高质量的石墨烯薄膜方面取得了重大突破。

韩国研究人员近日发现了一种制备大尺寸石墨烯薄膜的方法。这种石墨烯薄膜不仅具备高硬度和高

拉伸强度,其电学特性也是现有材料中最好的。这些单原子层厚的碳薄片是非常有前途的材料,可以用来..

·..

30·..

|态

20

009年第2期..

(总第220期)

制造平板显示器所必需的柔性、超薄电极和晶体管。另外,石墨烯

还可以制作可折叠的有机发光二极管(OLED)显示器和有机太阳

能电池。

据悉,由韩国成均馆大学和三星先进技术研究院的研究人员制

备出的这种最新石墨烯薄膜有1厘米厚,透光率达80%;在弯曲或

延展过程中,它不仅不会断裂,其电学特性也不会有任何改变。

到目前为止,也有其他科学家用更简单的方法制备过大尺寸的

石墨烯薄膜,但是这些新制备出的薄膜的导电性能是它们的30倍,

而且,这些薄膜很容易转移到不同的衬底上。“我们已经证实石墨

烯是具备高拉伸强度、透明的最佳电子材料之一。”领导这一工作

的韩国科学家.. ByungHe

eeHong教授表示。他们的这一成果已于1

月.. 14日发表在英国《自然》杂志网络版上。

石墨烯是一种优良的导体。它的电子传输速度要比硅快数十

倍。它能够在显示器、有机太阳能电池、触摸屏生产中替代传统上

采用的脆弱的铟锡氧化物(ITO)电极。石墨烯晶体管也能够替代

硅薄膜晶体管,后者不仅不透光,而且难于在塑料上生长。

制作高质量石墨烯微小薄片的最简单的办法是从石墨上剥离

石墨烯层。石墨是由许多层的石墨烯组成的。2008年,美国罗格

斯大学材料科学与工程系教授.. ManishChhowal

lla领导的研究小组设计了一种在实际应用时制备厘米级石墨

烯薄膜的方法。这些研究人员将氧化石墨融于水中,制造出独立的氧化石墨烯片,这些石墨烯片沉淀在可

弯曲的衬底顶部。

与他们不同,韩国研究人员使用了一种名为化学气相沉积的方法。首先,他们在硅衬底上添加一层300

纳米厚的镍。然后,他们在.. 1000摄氏度的甲烷中加热这一物质,再将它迅速降至室内温度。这一过程能够

在镍层的上部沉积出6或lO层石墨烯。用制作镍层图形的方式,研究人员能够制备出图形化的石墨烯薄

膜。,

此外,美国麻省理工学院电子工程系教授JingKong也正在研究用类似的方法制备石墨烯薄片。但是,

韩国研究者的工作已经更进了一步,他们在把这些薄膜转移到柔性衬底上的同时不损坏薄膜的质量。这种

转移可以用如下的两种方法实现:一是把镍用溶剂腐蚀掉以使石墨烯薄膜漂浮在溶液表面,进而把石墨烯

转移到任何所需的衬底上;另外一种更简单的方法就是用橡皮图章式的技术转移薄膜。

美国哥伦比亚大学物理系教授PhlpKi

iim是新论文的作者之一。他表示化学气相沉积方法是制备大

尺寸、高质量石墨烯的最省钱方法之一,可以与现有的半导体制造工艺兼容。现在,研究人员已能够制备4

英寸厚的薄片。不过,ByungHeeHong表示,他们能够很轻松地升级尺寸的规模。

与此前科学家们在这一领域所取得的成果相比,新的石墨烯薄膜缺陷更少。ByungHe eeHong认为,这

是他们的薄膜导电性能提高3O倍、迁移率提高20倍的原因所在。“这些薄膜的导电性能对于小尺寸液晶

显示器和触摸式显示器的一些入门级应用来说已经足够了。”美国加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系

教授.. YangYang认为:“如果要想在有机太阳能电池和.. OLED产品中替代.. ITO,其导电性能还需要提高.. lO

倍。”

除了石墨烯之外,其他许多材料也被认为可以制作透光、可弯曲的电子产品。碳纳米管就是其中强有

力的竞争者之一。例如,研究人员在制作可弯曲的纳米管半导体器件方面已经取得进展。美国Unidym公

司宣布,其使用碳纳米管涂层塑料薄膜而不是1TO涂层的显示器很快就会上市。

还有研究者正在用氧化铟涂层或氧化锌,氧化铟纳米线的方法制造可弯曲、透光的半导体器件。与此

同时,密歇根大学的研究人员还用由非常细的金属线组成的栅格制作透光的半导体器件。石墨烯的优点在于它优越的强度和很高的迁移率(预计是纳米管的两倍)。莱斯大学石墨烯研究人员

...

31.

2009年第.. 2期..

(总第2

220期) |置豫镦蔼.. vesNews

TaoHe表示,新薄膜的导电性能和迁移率给人留下了很深的印象。“我还没有见到任何与此相似或者可以

与之媲美的工作”,他说,这项工作使得大规模生产低成本的柔性石墨烯电子产品成为可能。来源:科学时报..

ElementSixLtd

供应.. CVD金刚眉应用新型圆态激光路..

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

斯特莱斯克莱德大学(UiestfSrtcyentttfPoois的研究人员已经

nvriyotahld)Isiueohtnc(光子学研究所)

启动了一个为期3年半的项目,目的是开发一种新型固态激光器设计。该设计将采用Eeetit

lmnSxLd制造

的CVD(化学气相沉积)金刚石。ElementSix在.. CVD金刚石合成及其应用领域处于世界领先水平。

金刚石拉曼.. (Raman)激光器的开发可开辟众多新的应用领域,如水下成像、医学成像、眼科学、癌症治

疗以及多光谱成像。该项EtntttfPoois的AlJep博士负责领导,

将由斯特莱斯克莱德大学IsiueohtncalKm获

得了由英国政府资助的英国工程与自然科学研究理事会(Egne

eeigadPyiacecsRsacon

nirnnhsclSineeerhCu—..

cil,EPSRC)提供的600,000多英镑基金。

将金刚石用作固态激光材料为设计小而紧凑的固态激光器带来了新的机遇,这些激光器将具备更强的

功率承载能力,并在当前无法获得的波长下运行,因而会开辟新的应用领域。金刚石拥有独特的光学和热

学综合特性,因此非常适合于这些应用,通过.. ElementSix生产的最新单晶.. CVD材料可以利用这些特性。

例如,拉曼激光器已经利用硅等材料被开发出来,而且正被用于电信领域,而利用金刚石则可以将其性能提

升至新的功率水平和更多的波长。

拉曼激光器的工作原理

拉曼激光器利用的是一种于.. 192

22年发现的称为.. 拉曼散射.. (anSaeig

“”Rmact

ttrn)的现象。当光子撞击

种物质时,其中一小部分光子会使物质的原子发生振动,从而产生相互作用。在这种“非弹性”碰撞中,光

子会增加或损失一定量的能量,其结果则是产生不同波长的光。拉曼激光器可通过振荡次级光并将能量注

人系统内来放大次级光,从而发出连贯的激光束。

这种激光器的重要性在于它可改变波长。正如Kemp博士所说,这种改变波长的能力“有助于利用光

谱中应用范围广但目前却光源匮乏的黄光至橙光区间”。如今,大多数商业激光器都在光谱的近红外区..

(0.8~1.1微米)工作,在1微米附近(i.03~1.07微米)尤为集中,大部分高性能激光器工作都是在这一

区间完成的。Kemp博士表示:“或许现代固态激光工程中最大的挑战就在于发现产生新波长但同时尽量保

持目前激光器便利性和性能的方法。”

合成金刚石的潜力

另外,由于热量问题,目前的几代连续波固态拉曼激光器被局限于区区数瓦的功率。

金刚石具有很强的导热性和较低的热膨胀系数,因而拥有更大的功率承载能力。Kemp博士指出:“激

光工程中最不受关注但却最普遍的问题是如何处理热能,尤其是当你希望在小封装中实现高性能的时候。

在高功率拉曼激光器中这一问题尤为突出,因为能够成为很好的拉曼转换器的晶体通常导热性很差。于是

金刚石便有了它的用武之地。金刚石的导热性比常用的拉曼旋光晶体高出两到三个数量级,它应该是一种

出色的拉曼介质,使我们能够实现更高的输出功率。”此外,与目前使用的拉曼旋光晶体相比,金刚石改变波

长的能力更强一些,eetihir“ntttf

这可能会增加它的应用潜力。ElmnSx技术经理.. CrsWot补充说:IsiueoPhysics的团队已

经发现,与传统的拉曼介质相比,金刚石拥有更高的拉曼增益系数和更大的拉曼位移。”.. ElementSix所供应的金刚石的一个重要特征是它表现出超低的双折射。如果光的偏振(下转第36页)

·..

32·..