牛利團隊利用微波能量輔助，同時輔以有機小分子插層劑，在石墨片層間通過微波逐漸滲透插層劑，使石墨烯片層逐漸剝離。“這項技術(shù)方法無需經(jīng)過石墨烯氧化階段，不僅可以直接制得高度還原性的石墨烯材料，還可以低成本、大批量制備高品質(zhì)的石墨烯材料。”
當前，國際上制備石墨烯薄膜多采用昂貴的cvd（化學氣相沉積）方法，牛利團隊發(fā)現(xiàn)，這種方法很難控制薄膜的厚度，特別是難以進行復雜的圖案化設計。另外，化學還原劑無論是液態(tài)還是氣相的，都會導致二次化學試劑的使用。
“我們采用電化學技術(shù)，僅僅通過界面的電子轉(zhuǎn)移過程，就可以控制石墨烯氧化物在界面的電化學還原沉積程度，這種方法技術(shù)簡單、成本低廉、綠色環(huán)保，同時結(jié)構(gòu)厚度、性狀可控。”牛利說。
牛利團隊還探索了新型石墨烯及其雜化材料在電極界面修飾、分析傳感及其他相關(guān)領(lǐng)域的應用。
目標驅(qū)動
他們設計制備了石墨烯片層、薄膜和石墨烯雜化材料，并進一步探索了石墨烯及其雜化材料的化學結(jié)構(gòu)特征和反應機理，將石墨烯及其雜化材料應用在傳感分析、復合材料以及能源環(huán)境領(lǐng)域。
“作為工業(yè)技術(shù)，石墨烯要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，仍有許多未能克服的困難。”牛利指出，盡管國際上已經(jīng)發(fā)布一些研究結(jié)果，將石墨烯用于電池電極材料、電容器器件構(gòu)造、力學增強材料、導熱薄膜等應用領(lǐng)域中，但這些領(lǐng)域的研究還有諸多的科學及工程技術(shù)問題亟待解決。
因為石墨烯的制備方式目前在技術(shù)上還存在缺陷，通過實驗室內(nèi)研制的石墨烯成本居高不下。曾有研究人員計算出目前的石墨烯價格高達5000元/克，比黃金還貴十幾倍。
圍繞化學制備石墨烯材料，低成本、大批量制備高品質(zhì)石墨烯是個值得關(guān)注的技術(shù)問題。圍繞微電子學及器件領(lǐng)域，科研人員還需要解決如何降低器件材料的制備成本、提高器件結(jié)構(gòu)的均一性，如何將微觀操作及納米構(gòu)造技術(shù)用于石墨烯器件中等問題。
目前在石墨烯材料的一些應用領(lǐng)域，如儲能器件、導熱材料、透明薄膜等方面，雖然已經(jīng)有圍繞需求的、具有應用前景的研究工作報道，但由于缺乏明顯的直接應用領(lǐng)域及工程技術(shù)方法的結(jié)合應用，導致研究工作與應用需求還存在一定的距離。
牛利告訴記者：“將基礎研究與工程技術(shù)方法有機結(jié)合，特別是與應用目標驅(qū)動結(jié)合，將會使石墨烯材料研究成果更好地投入到實際應用中。”
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