石墨烯的世界 也有“马奔”“雁飞”

石墨烯,

高超 浙江大学高分子系求是特聘教授、博士生导师,国家“万人计划”入选者,Elsevier全球2016高被引科学家之一

研发趣事

“在动物的世界,我们会看到角马成群奔跑,大雁结队飞翔,那么石墨烯的世界里有没有类似成群结队的现象呢?于是,我想带领课题组的研究生从生物集群效应的角度来观察石墨烯。”2月23日,浙江大学高分子系教授高超博士接受科技日报记者采访时说。

功夫不负有心人。高超讲述道,“那天,我们在研究中忽然发现用灯光照射氧化石墨烯溶液会闪耀出多种色彩,觉得十分有趣。用偏光显微镜进一步探究,发现氧化石墨烯的水分散液还有特殊纹理结构,对光能够异向反射和折射,这意味着形成了液晶,即众多氧化石墨烯片可以自发沿着某个方向有序排列,如同动物世界的马群雁队。”

这一发现犹如打开了新的研究视野,使研究人员不仅可以借助显微镜研究纳米级的石墨烯单片,还能够把石墨烯作为集群材料来研究。从而,有望把“新材料之王”在微观尺度的性能转化至宏观尺度。

既然高分子液晶可以纺丝,那么石墨烯液晶能否纺丝呢?高超告诉记者,当时他的大脑突然被这个想法“电”到。

“一开始‘纺’石墨烯并不顺利。精工细作也就做出几厘米长的丝,像男士的短发,很不连续。”高超回忆道。

但是,研究人员并没有气馁,更没有放弃。高超指出:“既然可以实现石墨烯从纳米级尺度到头发丝大小,应该有可能再长些。科研一旦认准了方向,就要不断反复尝试直至成功,这是一种信念!”

在高超的指导下,他的博士生许震查阅了许多纺织专业书籍及资料,继续潜心实验,慢慢地又做出像女士头发的长丝。经过不懈努力,终于在2011年的一天,纺出了长达几米的连续石墨烯纤维!

有了这些工作积淀,现在采用传统化纤纺丝设备,研究人员便可很容易地纺出石墨烯纤维,长达几百米,解决了国际上“二维纳米粒子如何组装成连续宏观材料”这个重要科学难题。

作为非金属,石墨烯纤维表现出非常好的导电性,完全可与金属媲美,还在轻量化、强韧性及导热性上胜出。未来或可应用于卫星、宇宙飞船和可穿戴器件的散热、电热及传感材料等。

为了展示柔韧性,科研人员把石墨烯纤维打作一个结,拍成肉眼可视的图片,入选了2011年国际权威学术刊物《自然》最佳科学图片之一。

而这一“结”,让高超课题组对石墨烯“一往情深”,迄今已专注研究了十年。(本报记者 华凌)

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责任编辑:马嘉悦
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