咨询反馈
扫码关注

微信扫一扫即刻开始会话

返回顶部

伊特克斯

手套箱,真空手套箱
Phone
Sale
service

400 086 8156

Phone
Mobile
phone

13811495691

二十年的石墨烯

多个领域快速发展

石墨烯在2004年首次被分离出来,具有超薄、超强、超柔韧等特性,被誉为“神奇”材料。其可能应用于电子产品、手机屏幕、服装、油漆和水净化等领域:近日,美国加州大学圣迭戈分校工程师开发了一种由石墨烯制成的超灵敏传感器,可检测水中极低浓度的铅离子。该设备对铅的检测低至飞摩尔水平,比以往传感技术灵敏100万倍。

有研究表明,饮用水中的铅浓度达到百万分之几的水平就可能导致有害的后果,如阻碍人的生长发育等。新检测设备由安装在硅片上的单层石墨烯组成的。石墨烯具有卓越的导电性和表面积体积比,为传感应用提供了理想平台。研究人员通过在石墨烯表面附着一个连接体分子来增强石墨烯的传感能力。该连接体充当离子受体的锚,并最终充当铅离子的锚。


研究人员使用适体(一种短的单链DNA或RNA)作为离子受体。这些受体分子对特定离子具有选择性。研究人员通过调整受体的DNA或RNA序列,进一步增强了受体与铅离子的亲和力,确保传感器仅在与铅离子结合时才会被触发。

研究人员分析了该系统的热力学参数,如结合能、电容变化和分子构象,发现它们在优化传感器性能方面发挥了关键作用。通过优化这些热力学参数以及整个系统的设计,研究人员创造了一种能以前所未有的灵敏度和特异度检测铅离子的传感器,实现了飞摩尔水平上的检测极限。虽然这项技术目前还处于概念验证阶段,研究人员希望将来能将其用于实际检测,最终目标是“在水中哪怕只有一个铅离子存在,也能检测出来”。

石墨烯材料电池

相比传统电池具有更多优点

石墨烯是一种碳原子组成的单层蜂窝状二维晶格材料,其厚度仅为一颗原子层,但其强度却比钢铁高200倍。石墨烯具有优异的导热、导电和光学性质,被誉为"新材料之王"。石墨烯的发现为能源领域带来了革命性的变革,如太阳能电池、超级电容器、氢气存储等。

石墨烯在能源领域的应用

—太阳能电池

石墨烯在太阳能电池领域的应用具有重要价值。由于石墨烯具有高度导电性和光电转换效率,可以显著提高太阳能电池的性能。通过将石墨烯与其他半导体材料相结合,可以制造出高效、低成本的太阳能电池。此外,石墨烯薄膜还可以作为透明导电层,降低光损耗,提高太阳能电池的整体性能。


—超级电容器

石墨烯具有高比表面积、高导电性以及良好的力学性能,使其成为制备超级电容器的理想材料。石墨烯超级电容器可以在短时间内存储与释放大量能量,具有高能量密度和高功率密度,是未来电动汽车和可穿戴电子设备的关键组件。目前,电动汽车制造商使用的锂离子电池可以轻松达到 800 次以上的充电循环。这意味着它们可以放电和充电 800 次。芝加哥大学和美国阿贡国家实验室的电池研究员表示,锂硫电池的降解速度往往要快得多,目前许多研究成果都徘徊在100次循环左右。原因是为锂硫电池提供动力的化学反应有些棘手,锂和硫之间会出现不需要的化学反应,并耗尽电池的寿命,导致电池过早报废。

而作为新型材料,石墨烯电池是具备一定优点的:

1、充电速度比较快。石墨烯电池充电速度要比铅酸电池快很多,对于相同规格的电池石墨烯电池采用快充充电器一个小时能够充电80%,而普通铅酸电池充满电可能需要六至八个小时,所以要慢很多。

2、未来发展前景好。石墨烯电池因为有较强的导电性,而且质量比较轻、体积比较小,还有就是强度比较高等特点、所以石墨烯电池被业内广泛看好,认为未来能够取代锂电池。

电池量产仍是难题

目标实现还需时间

关于石墨烯电池的量产,既有短期内的预测,也有较远期的展望。目前,石墨烯电池领域仍处于发展初期,虽然有不少科技公司、研究机构进行关于石墨烯电池的研发,但是量产还面临诸多挑战。

首先,石墨烯电池的生产成本相对较高,尚无成熟的商业化生产技术。其次,石墨烯电池在生产过程中的安全性问题也值得关注。石墨烯本身较易燃烧,因此,在石墨烯电池的生产过程中,如何保证生产过程的安全是亟待解决的问题。此外,像很多新材料一样,石墨烯的质量和品控也是生产过程中不可忽视的问题。这是制约石墨烯电池量产的主要问题。


不过,尽管目前仍存在较多制约石墨烯电池量产的问题,但是石墨烯电池的应用前景值得期待。一方面,与传统电池相比,石墨烯电池具备很多独特的特性。首先,石墨烯电池的电荷储存能力很高。由于石墨烯具有极高的电导率和导电性,石墨烯电池相比其他电池更能存储更多的电荷量。同时,石墨烯电池的循环寿命也更长,能够更好地满足可重复使用的需求。

不仅如此,石墨烯电池还拥有极好的快速充放电性能和高功率输出能力,使得在高速运动和多种应用场景下可以更好地发挥出优良性能。另一方面,石墨烯材料的开发应用正处于高速发展的过程中。其在能源存储、电池、太阳能电池和半导体行业等领域的应用得到了广泛的探索和研究。随着石墨烯技术的日益成熟,石墨烯电池将有望得到进一步的推广和应用。因此,尽管石墨烯电池当前的量产面临困难,但是它的应用前景依然广阔。未来随着石墨烯技术的发展和生产成本的下降,石墨烯电池必将得到推广和应用,带来更加可靠、高效和可持续的能源解决方案。


首次临床试验

石墨烯纳米材料很安全

英国研究人员公布了一项重要的发现:首次人体严格受控暴露临床试验显示,吸入特定类型的石墨烯不会对肺或心血管功能产生短期不良影响。这意味着石墨烯这种纳米材料可以安全地进一步开发,而不会对人类健康造成重大风险。此外,科学家还在积极探索石墨烯在针对癌症和其他疾病的靶向治疗方面所能发挥的作用,例如将其制成可植入设备和传感器。然而,在医疗应用之前,所有纳米材料都需要测试是否有任何潜在的不利影响。

此次人体试验使用了超纯氧化石墨烯纳米薄片(一种与水相融的材料)。来自爱丁堡大学的研究人员招募了14名志愿者,这些人在严格控制的暴露和临床监测条件下参与了这项研究。志愿者在专门设计的移动实验室中骑车时,戴着口罩呼吸了超纯氧化石墨烯2个小时,并在暴露前和暴露后每隔两小时测量一次肺功能、血压、凝血和血液中炎症水平。几周后,志愿者返回诊所,反复受控地暴露在不同质量的氧化石墨烯或清洁空气中进行比较。


结果表明,吸入超纯氧化石墨烯对肺功能、血压或大多数其他生物参数没有不良影响。研究人员注意到,有轻微的迹象表明,吸入这种物质可能会影响血液凝块的方式,但这种影响非常小。不过,仍需进一步调查以确定更高剂量和长时间接触石墨烯的潜在影响。

研究人员表示,石墨烯等纳米材料前景看好,但必须确保以安全的方式制造,才能在生活中更广泛地应用。通过在人类志愿者身上探索这种独特材料的安全性,在理解石墨烯如何影响人体方面迈出了一大步。这一发现可能为新型设备、治疗手段和监测技术的开发打开大门。

石墨烯材料

用手套箱进行安全研发

1、生物相容性:羧基离子的植入可使石墨烯材料表面具有活性功能团,从而大幅度提高材料的细胞和生物反应活性。石墨烯呈薄纱状与碳纳米管的管状相比,更适合于生物材料方面的研究。并且石墨烯的边缘与碳纳米管相比,更长,更易于被掺杂以及化学改性,更易于接受功能团。

2、氧化性:可与活泼金属反应。

3、还原性:可在空气中或是被氧化性酸氧化,通过该方法可以将石墨烯裁成小碎片。石墨烯氧化物是通过石墨氧化得到的层状材料,经加热或在水中超声剥离过程很容易形成分离的石墨烯氧化物片层结构。


虽然石墨烯的结构相对稳定碳碳键(carbon-carbon bond)仅为1.42,但鉴于其化学性依然需要一个安全的实验环境:石墨烯手套箱

Lab2000手套箱是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子,纯化工作环境的密闭循环工作系统,提供可以满足您特定清洁要求应用的1ppm的O₂和H₂O惰性的氛围环境。该系统是为石墨烯研究开发而设计的经济型循环净化系统:包括一台密闭箱体、一套过渡舱,一台旋片式真空泵和一套集成有微控制器操作面板的循环净化系统。标准的Lab2000系统配备的惰性气体净化系统安装一套净化柱(全自动可再生)净化、维护手套箱箱体内的气体环境。

(文字及图片内容均来源于网络,如有侵权,请联系删除)