朝可再生能源迈出重要一步!科学家找到了培养多层均匀石墨烯的方法

Winnie Lee

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(图源:ScienceDaily)

瑞典林雪平大学(Linköping University)的研究人员正致力于开发一种方法,将水和二氧化碳转化为未来的可再生能源,利用太阳能和应用于立方碳化硅表面的石墨烯。

他们现在已经朝着这一目标迈出了重要的一步,并开发出了一种方法,使在严格控制的过程中产生多层石墨烯成为可能。

研究小组还发现,石墨烯在某些条件下充当超导体。他们的研究结果发表在科学期刊《碳纳米快报》(Carbon and Nano Letters)上。

碳,氧和氢。如果你把二氧化碳和水分子分开,你会得到这三种元素。

同样的元素是我们用作燃料的化学物质的组成部分,比如乙醇和甲烷。

如果可能的话,将二氧化碳和水转化为可再生燃料,这将成为化石燃料的替代品,并有助于减少我们对大气的二氧化碳排放。

林雪平大学(Linköping University)高级讲师Jianwu Sun正试图找到一种做到这一点的方法。

第一步是开发他们计划使用的材料。

林雪平大学(Linköping University)的研究人员此前已经开发出了一种世界领先的生产立方碳化硅的方法,这种方法由硅和碳组成。

立方体的形式有能力从太阳捕获能量和创造电荷载体。然而,这还不够。

石墨烯是有史以来最薄的材料之一,在这个项目中起着关键作用。

这种材料由一层碳原子组成,在六边形晶格中相互结合。

石墨烯具有很强的传导电流的能力,这种性能对太阳能转换很有用。

石墨烯还具有一些独特的特性,石墨烯的可能用途正在全世界广泛研究。

近年来,研究人员试图改进石墨烯在表面生长的过程,以控制石墨烯的性质。

他们最近的进展在科学杂志《碳》(Carbon)上发表了一篇文章。

“在碳化硅上生长一层石墨烯相对容易。但是,要种植大面积的均匀石墨烯是一个更大的挑战。”

林雪平大学物理、化学和生物学系的Jianwu Sun表示:“我们现在已经证明,有可能以可控的方式培育出由四层石墨烯组成的均匀石墨烯。”

多层石墨烯带来的困难之一是,当不同的层数在不同的位置生长时,表面会变得不均匀。当一层结束时,边缘有一个微小的纳米级阶梯。

对于想要大面积平坦区域的研究人员来说,这些台阶是个问题。

当台阶集中在一个位置时,问题就特别大了,比如错误地建造了一个阶梯,几个台阶连在一起形成了一个大台阶。

研究人员现在已经找到了一种方法,通过在一个精心控制的温度下培养石墨烯来去除这些大台阶。

此外,研究人员还表明,他们的方法可以控制石墨烯的层数。

这是一个正在进行的研究项目的第一个关键步骤,该项目的目标是用水和二氧化碳制造燃料。

在《纳米快报》(Nano Letters)杂志上的一篇密切相关的文章中,研究人员描述了在立方碳化硅上生长的多层石墨烯的电子特性的研究。

“我们发现,多层石墨烯具有极具前途的电学特性,可以使这种材料用作超导体,这种材料可以传导零电阻的电流。”

当石墨烯层之间以一种特殊的方式排列时,这种特殊的特性就会产生。”Jianwu Sun说。

理论计算预测,如果多层石墨烯以特定的方式排列,那么多层石墨烯将具有超导性能。

在这项新研究中,研究人员首次通过实验证明了这一点。

超导材料被用于超导磁体中。超导磁体是一种极其强大的磁体,可用于医学研究的磁共振摄像机,也可用于粒子加速器的研究。

超导体有许多潜在的应用领域,比如零能量损耗的供电线路和漂浮在磁场上的高速列车。

目前,由于无法产生在室温下起作用的超导体,它们的使用受到限制:目前可用的超导体仅在极低温度下起作用。

可行性研究报告

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