高能电子束有助于形成三维石墨烯薄膜

中国科学院中国科学院合肥物理科学研究院(HFIPS)王振阳教授的研究小组最近创造了宏观厚的三维多孔石墨烯薄膜。

高能电子束有助于形成三维石墨烯薄膜。
(a) 电子束轰击在聚酰亚胺上形成石墨烯的过程示意图(b) EIG的SEM图像(c-d)EIG的低倍和高倍横截面SEM图像(e-f)EIG的TEM和HRTEM图像(g) EIG和聚酰亚胺薄膜的拉曼光谱(上图)和XRD光谱(下图)(h) 不同扫描速率下EIG电极的CV曲线(i) 不同电流密度下EIG电极的GCD图(j) EIG材料在室温下的光热性能−40摄氏度。图片来源:合肥物理科学研究院。

研究人员利用高能电子束的动能和低反射特性,以高能电子束为能源,将聚酰亚胺前驱体直接引入厚度高达0.66毫米的三维多孔石墨烯晶体层中。研究结果发表在期刊上.

石墨烯具有多种优异的化学和物理性能,是一种新型的战略材料。三维(3D)多孔石墨烯网络的集成可以防止石墨烯片被重新封装,并实现简单的离子存取和扩散。然而,以经济有效的方式制备宏观厚的三维多孔石墨烯薄膜仍然是困难的。

激光的高瞬时能量可以使含碳基体直接碳化,从而得到高质量的晶体石墨烯。然而,由于激光对含碳基体的穿透深度太浅,生成的石墨烯薄膜太薄,限制了其在实际器件中的应用。

因此,寻找更高效的能源是高能束诱导石墨烯在工业上应用必须迅速解决的关键问题。

研究人员利用一种新能源,高强度电子束,在这项研究中实现了在聚酰亚胺前驱体上有效合成宏观厚的三维多孔石墨烯晶体片。

与激光相比,高能电子束具有许多优点,例如高动能、零反射、简单的聚焦控制和注入效应,这使得电子束成为比激光更快碳化聚酰亚胺前驱体以生成石墨烯的潜在更好的能源。

聚酰亚胺中的氢、氧和其他组分可以作为气体迅速逸出,从而在石墨烯中形成致密的三维孔结构。

电子束诱导石墨烯(EIG)层的厚度可达0.66mm,合成速率可达84cm2./分钟,比激光快得多。EIG还被有效地应用于超级电容器电极,显示出良好的电化学储存能力。

EIG具有优良的光热性能,可用于太阳能光热防冰和除冰。温度低到−已记录到40°C。

本研究得到了中国国家重点研究开发项目、中国国家自然科学基金和安徽重点研究开发项目的资助。

期刊参考号:

韩,S。,. (2021)电子束直接合成宏观厚三维多孔石墨烯薄膜。.doi.org/10.1016/j.carbon.2021.06.035.

资料来源:https://english.cas.cn/

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