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如果石墨烯变成一个大气泡,会不会很酷?

人气:297 发布时间:2018-05-18
摘要:在理论与实验的完美匹配中,科学家预测,可以采用单一激光束来测量和控制大石墨烯气泡的温度。位于基础科学研究所(IBS)多维碳
    在理论与实验的完美匹配中,科学家预测,可以采用单一激光束来测量和控制大石墨烯气泡的温度。

位于基础科学研究所(IBS)多维碳材料中心的一组研究人员,首次采用单个激光束测量和控制了石墨烯气泡的温度。这项最新的研究现发表在《物理评论快报》。

石墨烯具有高弹性和柔性,这种独特的性质在二维材料领域带给了人们很多新发现,但是科研人员转变思路,认为这种性质让它或多或少的会以受控的方式产生稳定的石墨烯大气泡。由气泡引入的应变和曲率是已知的,这种气泡可以调谐材料的电子、化学和机械性能。一般来说,石墨烯气泡比平铺的石墨烯反应性更强,因此它们更容易被化学基团修饰。气泡可以用作微小的封闭式反应器,它们的曲面可以提供透镜效应。现在,了解温度如何在气泡内变化是应用的重要因素。

“如果你认为化学反应可以在气泡内部或每个石墨烯气泡的表面进行,那么改变气泡中的温度分布将显著地影响发生的反应,”这项研究的第一作者Yuan Huang说。

       在这项研究中,气泡在石墨烯片与二氧化硅(SiO2/Si)基片之间的界面上形成。SiO2表面吸附的一些分子在加热时被蒸发,产生气泡。

正如Xiao Wang和Feng Ding团队理论预测的那样,温度随气泡高度升高而振荡。虽然每个气泡的宽度只有几微米,高度大约只有一微米,但是科学家们仍然可以检测出气泡温度的变化,不仅在中心和边缘之间的温度可以被测量,而且在气泡的不同高度的温度也被准确的检测出来。

当石墨烯气泡被激光束照射时,入射和反射光线重叠,在气泡表面上形成光学驻波。增加激光功率具有选择性地加热气泡特定区域的效果,它对应于驻波处的最大干涉。IBS科学家使用拉曼光谱法检测每个气泡内局部温度变化,这是一种测量石墨烯特性和形态的标准技术。

“驻波附近的表面已经被忽视了很长一段时间,因为它很少直接被观察到。实验的结果令人吃惊,激光束可以有效地加热石墨烯,我们可以从石墨烯气泡的温度分布来确定石墨烯气泡的热导率,”团队成员之一Wolfgang Bacsa和来自法国图卢兹大学的CEMES-CNRS访问科学家解释道。

“这些结果证实了先前测量的石墨具有很高的热传导率,证明了石墨烯气泡周边具有优异的粘附性,并为如何在特定位置加热石墨烯气泡提供了新的视角。”共同作者多维碳材料中心主任RodRuoff说。我们对石墨烯气泡的物理性质了解得越多,就越能以不同的方式利用它们。

例如,对于石墨烯气泡,一个有趣的应用可能是创建具有圆孔的石墨烯片,像“波尔卡点”图案(波尔卡圆点一般是同一大小、同一种颜色的圆点以一定的距离均匀地排列而成)。由于气泡的过热导致它们破裂,具有特定化学基团的孔可以作为分子选择性过滤器。石墨烯的独特性质在带给人们新发现的道路上从未停止。
 

责任编辑:环球石墨烯网