国家纳米科学中心《AFM》：实验室级仪器在2分钟内制备400mm×400mm石墨烯玻璃

成果简介

可扩展、高效且成本经济的石墨烯制备方法是促进石墨烯实际应用的关键。近年来，研究人员在提高合成效率和降低生产成本方面做出了大量努力，尤其是化学气相沉积法。然而，由于合成条件复杂，其效率和均匀性难以进一步提高。迄今为止，如何提供适合石墨烯生长的大面积均匀生产的高效合成方法仍然是一个巨大的挑战。

本文， 国家纳米科学中心赵宇亮 院士课题组在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Highly Efficient Growth of Large-Sized Uniform Graphene Glass in Air by Scanning Electromagnetic Induction Quenching Method”的论文，研究利用扫描电磁感应（SEMI）设备开发了一种在空气中生长石墨烯的简便、可扩展的超快淬火方法。利用实验室级仪器，该方法可在2分钟内成功地在空气中生长出400mm×400mm的石墨烯玻璃。

由此制备的多层石墨烯玻璃具有高度的均匀性、薄膜附着力和全覆盖性，表面电阻（Rs）低于 500Ω sq-¹。其出色的电热性能可高达1000 °C，有望用于透明加热设备。SEMI 方法，包括产品尺寸和生长速度，都可以轻松放大，相信这将为石墨烯的实际应用提供一条有效的生长途径。

图文导读

图1、引入SEMI方法，从而生产出大尺寸均匀的石墨烯玻璃

图2.在玻璃上生产的石墨烯和涡轮石墨薄膜。

图3、化学结构的光谱分析和模拟结果

图4、石墨烯玻璃的电热性能

图5、石墨烯玻璃的高温电热性能

小结

综上所述，开发了一种扫描电磁感应（SEMI）淬灭方法，用于石墨烯在空气中的生长，并显著提高了合成效率。感应线圈可以瞬间将下面的目标基板加热到适合石墨烯在空气中生长的高温，并自由移动，用于不受真空室尺寸限制的大型石墨烯功能化基板的连续生产。因此，通过使用功率更高的SEMI设备，可以很容易地扩大规模，从而提供更高的生产效率和更低的制造成本。同时，基于设计形状和尺寸感应线圈的扫描方式，该方法能够在线圈穿过基板时提供恒定的加热-冷却过程和温度分布。这对于由此产生的大面积石墨烯的均匀性至关重要，这是其他静态加热配置和方法难以实现的。上述特点使SEMI方法具有生产大尺寸均匀石墨烯薄膜的潜力，以满足工业应用的要求。

在这项工作中，该方法成功地应用于使用实验室级仪器在2分钟内生长400 mm×400 mm石墨烯玻璃。在目前的实验条件下，多层石墨烯薄膜直接生长在石英、玻璃陶瓷和玻璃纤维纹理上，具有较高的均匀性和优异的薄膜粘附力。由于几秒钟的超快淬火过程，可以应用比玻璃软化点高得多的温度来生长石墨烯，这被认为有利于石墨烯的质量和薄膜附着力。利用致密PDA前驱体薄膜的厚度可控性，获得了连续的多层石墨烯或涡轮层石墨薄膜，尽管石墨烯质量受到非催化多晶玻璃表面和具有各种低聚物和偶联物的复杂PDA结构的限制，但石墨烯玻璃具有优异的表面电导率。由于石墨烯固有的结构特性，突出的电导率和薄膜附着力，因此生产的石墨烯石英玻璃表现出优异的电热性能，在高达1000°C的温度下具有高稳定性和有效的红外辐射能力。这些特性使石墨烯玻璃作为独特的透明高温加热器件为真正的电热应用做好了准备。

此外，SEMI淬火方法与卷对卷设备相结合，有望提高在柔性基板（包括各种纤维纹理和金属箔）上生长石墨烯的能力和生产效率。这种方法被认为为石墨烯的生长提供了一种有效的途径，旨在接近其工业应用。

文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202402188