正在阅读: 像“吹糖人”一样“吹”出三维碳网络
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

像“吹糖人”一样“吹”出三维碳网络

来源:科技日报2019-06-06 09:23

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  将中国传统民间艺术“吹糖人”与先进的纳米材料制备相结合,会擦出什么样的火花呢?哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院副教授周薇薇去年曾受“吹糖人”的启发,制出类似于“糖浆”的黏稠状前驱体,再将其快速加热并利用过程中产生的大量气体“吹”成二维纳米片。

  近日,周薇薇课题组与该校海洋科学与技术学院教授朱永明课题组合作,将该方法进一步延伸,“吹”出了由二维碳纳米片和一维碳纳米管构成的三维碳网络,首次实现了一维和二维碳材料的同步、原位生长。该研究成果刊登在国际著名期刊《纳米尺度》上。

  新方法工艺简单、绿色环保

  据周薇薇介绍,常见的一维碳材料和二维碳材料复合结构的构建通常需要先合成二维碳材料作为基底,在二维碳材料上引入催化剂后,再进行一维碳材料的生长。“我们的新方法通过催化剂颗粒的预先引入,以及碳源的同步添加,可以在合成二维碳纳米片的同时,催化生长一层一维碳纳米管,也就是一维和二维碳的同步生长。”据周薇薇介绍,该方法实现了宏观上制备工艺的简化,由之前两步以及多步的合成工艺简化到一步合成,合成效率大幅提高。同时,该做法能充分地利用每种合成原料,原料利用率高,污染小,绿色环保。此外,该方法合成出来的材料是一个整体结构,避免了材料合成过程中经常遇到的相容性问题,整体结构更稳定、协同程度高,而并非两种单独材料的机械结合。

  在这个过程中,材料界面相容性、复合材料结构构建、生产成本和环保性是团队需要跨越的“三道关”。“无论是材料体系的变化和催化剂的引入,都会面临材料不相容的问题,我们通过辅助模拟计算,最终选择了能使材料体系稳定并且催化剂能在其中均匀分布的体系。”周薇薇说。此外,团队选用的都是常见的、价格低廉的原料,成本低,反应简单无副产物,大大减少了试验过程中毒害物质的排放和后处理过程,实现绿色合成。

  新催化剂将“纸张”变成“毛毯”

  近几年来,可再生能源领域面临着无数的挑战和机遇。作为储能装置的锂离子电池和超级电容器在工业领域的应用极为广泛,然而由于常见的储能电极材料成本高昂、制备工艺复杂,产业化道路举步维艰。

  对于储能材料而言,二维材料一直是研究人员关注的焦点。周薇薇告诉科技日报记者:“二维材料由于表面能较大,不可避免地会遇到堆叠的问题,这会大大降低材料的表面积,从而导致材料性能的急剧降低,而多孔二维材料同时还面临导电率差的问题。”

  据她解释,如果把有丰富活性位点的二维储能材料看作一张张写满字的纸,当纸张堆叠在一起,纸张上的字就也被遮住了。因此,团队设想,要是能设计一种方法,将“纸张”变成“毛毯”就好了,“这样既保留了二维材料表面丰富的优势,又能有效通过中间缓冲层防止材料的堆叠”。

  “因此,我们在之前工作的基础上,开辟了新的实验体系,探究了几十种实验方案,最终找到了能和催化剂稳定相容的体系。催化剂的存在不仅可以催化碳纳米管的生长,也有利于调控二维碳材料的尺寸。并且生长出的碳管不仅可以作为缓冲层,防止片层结构的堆叠,其优异的导电性也弥补了多孔二维碳材料导电性差的缺点。”周薇薇说。

  储能之外新材料大有可为

  采访中,研究人员表示:“目前用于储能设备的高性能电极材料的合成仍面临着成本和制备条件的制约。我们希望这种绿色环保、安全快捷的大规模制备工艺能够推动储能器件的应用,加速可再生能源的发展进程。”

  周薇薇高兴地表示,测试证明,这种绿色环保、安全快捷的宏量制备方法制备出来的材料不仅在锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等储能领域表现出性能优异,并且得益于材料优异的结构和性能,在水处理和电磁波的吸收和屏蔽领域也有巨大的应用价值。

  据周薇薇介绍,接下来团队希望从内部优化和外部延伸两个方面安排研究计划:“一方面,我们需要通过进一步优化实验工艺条件和参数,探究在此体系内最合适的实验方案,最大限度地发挥材料的性能。另一方面,我们希望合成策略也不止步于此,并通过积极地外界沟通建立合作,延伸体系的覆盖范围,让我们‘吹出来’的材料及合成策略在更多领域发挥价值。”(崔 爽)

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 四川宜宾发生6.0级地震

  • 我们一起种未来

独家策划

推荐阅读
虽然7.8的pH值仍代表碱性环境,不会溶解构成珊瑚礁的碳酸钙,但是近年来的研究发现,pH值每降低一点,合成碳酸钙所需要的能量就会变高一点。
2019-06-18 10:24
在全细节立体图中,凤尾、龙爪、火焰珠等细节历历可见,整个画面动感十足,其雕工之精美令人惊叹。
2019-06-18 10:22
青蒿素的“近亲”——青蒿琥酯、马来酸蒿乙醚胺等,都有研究表明对红斑狼疮的治疗有效果。其中也有部分研究成果已从实验室走向临床研究。
2019-06-18 10:22
对此,屠呦呦团队提出了新的治疗应对方案:一是适当延长用药时间,由3天疗法增至5天或7天疗法;二是更换青蒿素联合疗法中已产生抗药性的辅助药物。
2019-06-18 10:15
该检测系统的检测过程与轨道板生产流程一致,无需人工干预,每块轨道板检测时间由40分钟以上缩短至6分钟,检测精度达正负0.15毫米,完全满足高铁建设规范要求。
2019-06-18 10:14
其中,联想凭借节能环保、性能优越的超算产品,在国际舞台上已扮演着越来越重要的角色。
2019-06-18 10:14
这种高性能燃料由空军研究实验室(AFRL)开发,推进剂由羟基硝酸铵与氧化剂混合而成,燃烧后会产生一种肼的替代品。
2019-06-18 10:12
故事源于火星风与火星表面相互作用所形成的月牙形沙丘,然后熔岩来了,喷发活动将熔岩泼洒到各处,但熔岩的厚度又不足以覆盖整个沙丘。
2019-06-18 10:12
与上述“碎钞机”项目相比,“阿耳忒弥斯”计划的“烧钱能力”可谓小巫见大巫,的确“很便宜”。
2019-06-18 10:12
为了保持老鼠体内酶的数量,研究团队对老鼠进行了基因操作,结果显示,即使是高龄老鼠,身体活动水平也年轻了一岁。
2019-06-18 10:12
该院深圳农业基因组研究所的一项研究日前首次揭示出,迁飞进入我国的草地贪夜蛾群体是来源于美国佛罗里达州的地理种群。
2019-06-18 10:12
《治理原则》的出台,为的是推动我国人工智能行业的自律,凝聚全社会共识,促进人工智能健康发展,所以“共治共管”的理念贯穿始终。
2019-06-18 10:15
“回顾中国科技创新走过的道路,我们既不能妄自菲薄,更不能妄自尊大。”针对外界对中国创新能力的一些质疑,中国科学院科技战略咨询研究院院长潘教峰一言以蔽之。
2019-06-18 10:14
据报道,首次科学传播专业职称评价工作将于近期启动,年前将评出北京市首批正高级职称的科学传播普及人才。
2019-06-18 10:14
2019年全国双创活动周北京会场主题展上,工作人员介绍气凝胶新材料。本报记者 郭静原摄  2019年全国双创活动周北京会场主题展上,参观者体验基于全自主研发的超高速眼科扫频OCT。
2019-06-18 10:13
杭州市科技局局长副局长冯镭介绍,截至去年,杭州累计建设双创空间513家,其中国家级双创空间94家,各类双创空间面积4842万平方米。
2019-06-18 10:13
李文华解释说,5G网络的提速,并不是依靠加大5G基站的发射功率,而是依靠扩容传输带宽、提升抗干扰能力和接收灵敏度综合获得的。
2019-06-18 10:11
据美国太空网近日报道,美国研究人员称,聚变能动力航天器或于十年内问世——“直接融合驱动”(DFD)发动机有望在2028年左右首次“上岗”,让探测器在两年内到达土星。
2019-06-17 09:27
据美国太空网近日报道,新行星“猎手”——“半人马座α系统内的近地天体”(NEAR)探测仪器已于5月23日开始运作。2016年,天文学家发现了一颗与地球大小相当的行星环绕比邻星运行,这颗名为“比邻星b”的行星似乎位于宜居带内,因此其表面可能存在液态水。
2019-06-17 09:25
葵花形的“星影”(Starshade)将为WFIRST遮住恒星光线,使其专心观测周围的行星。由于恒星的亮度往往是行星大气层反射光的数十亿倍,所以观测系外行星将面临其环绕的恒星光照的严重干扰。
2019-06-17 09:25
加载更多