近日，據(jù)俄媒報(bào)道，俄羅斯科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種制造智能玻璃的獨(dú)特技術(shù)，該技術(shù)有助于在任何玻璃產(chǎn)品中制造出能夠成為集成電子產(chǎn)品基礎(chǔ)的石墨烯導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上可以開(kāi)發(fā)廉價(jià)高效的柔性電子產(chǎn)品、新型光電器件以及具有擴(kuò)展功能的各種玻璃產(chǎn)品。

石墨烯被譽(yù)為“21世紀(jì)新材料之王”，迄今為止僅有18年的發(fā)展歷史，但其卓越的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及力學(xué)性質(zhì)引發(fā)了科學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。值得注意的是，作為一種原子層厚二維原子晶體材料，石墨烯薄膜是無(wú)法自支撐的。在實(shí)際應(yīng)用中，需將其轉(zhuǎn)移或覆蓋到合適的目標(biāo)基底上，如SiO2/Si、玻璃或樹(shù)脂。

玻璃作為人類歷史上最古老的材料之一，經(jīng)過(guò)5000年的發(fā)展，已成為當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)、生活中不可或缺的材料。將石墨烯優(yōu)異的性質(zhì)與玻璃廣泛的用途相結(jié)合，發(fā)展“超級(jí)石墨烯玻璃”新型復(fù)合材料，將是一個(gè)既新奇又具有實(shí)際意義的課題。一方面，石墨烯可將自身優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、生物相容等特性賦予玻璃；另一方面，玻璃可作為一種完美的載體，將石墨烯成功引入到工業(yè)生產(chǎn)及日常生活的方方面面。

石墨烯玻璃的制備方法

最早的石墨烯玻璃的制備方法依賴液相剝離法獲得石墨烯，并將其涂覆到玻璃表面。此方法的弊端在于所制備的石墨烯厚度不可控，無(wú)法保證薄膜的連續(xù)性和均勻性，且石墨烯與玻璃基底間的附著力極差。

隨后發(fā)展的“CVD金屬-轉(zhuǎn)移”法則是在具有催化能力的金屬基底上，利用CVD生長(zhǎng)較高質(zhì)量的石墨烯后，再將其轉(zhuǎn)移到玻璃基底上。轉(zhuǎn)移過(guò)程不可避免地會(huì)對(duì)石墨烯造成污染，并引入缺陷和褶皺。以上兩種制備路線由于其自身顯而易見(jiàn)的局限性，僅處于實(shí)驗(yàn)室研究的階段，并不能被廣泛使用。

由劉忠范院士課題組開(kāi)創(chuàng)的CVD直接生長(zhǎng)法，可實(shí)現(xiàn)不同類型玻璃基底(石英、鈉鈣硅等)上石墨烯薄膜的大面積均勻、層數(shù)可控生長(zhǎng)，被認(rèn)為是目前高質(zhì)量石墨烯玻璃的最佳制備方法。

CVD直接生長(zhǎng)技術(shù)將最古老的玻璃和最年輕的石墨烯材料的迷人特性完美地結(jié)合在一起，使具有優(yōu)異的電導(dǎo)、熱導(dǎo)性和超高的光學(xué)透明度等性能的“超級(jí)石墨烯玻璃”得以誕生，為拓展石墨烯殺手锏級(jí)的應(yīng)用開(kāi)辟了新方向。

石墨烯玻璃的應(yīng)用

石墨烯和玻璃的結(jié)合創(chuàng)造了一種新型的玻璃，從基礎(chǔ)研究和日常生活應(yīng)用的角度都引起了人們的極大興趣。通過(guò)將石墨烯與玻璃相結(jié)合，不犧牲其最重要的光學(xué)透明性的基礎(chǔ)上，玻璃表面的性能會(huì)發(fā)生較大改變，實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和親疏水性等性能上的互補(bǔ)。

石墨烯玻璃加熱器件

石墨烯玻璃的導(dǎo)電導(dǎo)熱的特性使其可以被應(yīng)用到熱致變色窗和防霧視窗等領(lǐng)域。在電致變色窗中，石墨烯作為透明導(dǎo)電組件，由于石墨烯本身具有一定的電阻，通過(guò)施加一定的電壓會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，從而可以作為加熱器件使用。

常見(jiàn)的防霧視窗通常通過(guò)表面疏水化或表面加熱的方式來(lái)防止大量微米級(jí)的水珠覆蓋視窗表面，而石墨烯玻璃由于自身的疏水性和導(dǎo)電性，同時(shí)具有表面疏水和加熱的能力，既能通過(guò)疏水性防止霧氣形成，又可以在一定條件下通過(guò)電加熱實(shí)現(xiàn)除霧。

液晶智能窗

石墨烯玻璃的高導(dǎo)電性和良好的可見(jiàn)光透過(guò)性，有利于通過(guò)施加外場(chǎng)來(lái)構(gòu)造光電器件。利用石墨烯玻璃，通過(guò)施加較低的電壓，聚合物穩(wěn)定的膽甾相液晶器件可以容易并可逆地在高透明和強(qiáng)光散射狀態(tài)之間切換，這有望為開(kāi)發(fā)先進(jìn)的多功能光子器件提供一條途徑，以實(shí)現(xiàn)與能源和安全相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用。石墨烯玻璃制作的液晶智能窗具有驅(qū)動(dòng)電壓小、響應(yīng)快、對(duì)比度大、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，有望成為替代氧化銦錫（ITO）的優(yōu)良透明電極，用于制備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、視角寬的高性能液晶基器件。

光熱轉(zhuǎn)化器件

利用PECVD方法在普通玻璃基底上可生長(zhǎng)獲得具有表面面積大、暴露的邊緣以及不堆疊的三維構(gòu)型等特點(diǎn)的垂直結(jié)構(gòu)的石墨烯納米片。利用DC-PECVD在傳統(tǒng)的鈉鈣玻璃上直接合成VG納米片，成本低、透明度好、易于大規(guī)模生產(chǎn)，并且與日常生活中的許多應(yīng)用相兼容，在制造新型光熱器件方面具有很大的潛力。

生物應(yīng)用

???墨烯玻璃由于其良好的生物相容性，在生物傳感器領(lǐng)域應(yīng)用具有很大的應(yīng)用潛力，為實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)相互作用提供了一種新的替代傳統(tǒng)的基于表面共振技術(shù)的新方法。

小結(jié)

石墨烯玻璃展現(xiàn)出的優(yōu)異性能與應(yīng)用價(jià)值值得研究。目前，無(wú)論在科學(xué)還是技術(shù)上依然還有很多問(wèn)題有待解決，如進(jìn)一步降低生長(zhǎng)溫度、縮短生長(zhǎng)時(shí)間、提高樣品質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn)石墨烯玻璃的規(guī)模化制備，并發(fā)掘石墨烯玻璃的殺手锏級(jí)應(yīng)用值得探索。

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