玻璃由于其良好的透光性和低廉的成本，是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚膫鹘y(tǒng)建筑材料。石墨烯是一種具有單原子層厚度的新型明星材料。將石墨烯與玻璃完美結(jié)合，發(fā)展出一種新型復(fù)合材料—石墨烯玻璃，既能夠保持玻璃本身透光性好的優(yōu)點(diǎn)，又能將石墨烯超高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和表面疏水等優(yōu)異特性賦予玻璃，有望極大地拓展玻璃的應(yīng)用空間，引發(fā)玻璃產(chǎn)業(yè)從大批量低附加值的應(yīng)用到節(jié)約型高附加值應(yīng)用的革命性轉(zhuǎn)變
當(dāng)前石墨烯玻璃通常采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法來獲得。這些方法獲得的石墨烯薄膜不可避免地存在表界面污染的問題，從而嚴(yán)重影響石墨烯玻璃的性能。同時(shí)，傳統(tǒng)制備方法存在操作繁復(fù)、成本高、產(chǎn)率低等問題，因而難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。因此，發(fā)展一種在玻璃基底上直接生長石墨烯的新方法，是目前相關(guān)研究中面臨的重大挑戰(zhàn)。
北京大學(xué)劉忠范院士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)氣相沉積的方法，通過優(yōu)化生長條件，在玻璃表面成功地實(shí)現(xiàn)了石墨烯的直接生長。通過對反應(yīng)氣體濃度、生長溫度和生長時(shí)間的精確調(diào)控，劉院士的科研團(tuán)隊(duì)成功克服了玻璃表面催化裂解前驅(qū)體能力低，碳碎片在基底表面遷移能力弱等難題，在耐高溫玻璃（Nano Lett.2015,
15, 5846?5854）和普通玻璃（Adv. Mater. 2015, DOI:
10.1002/adma.201504229；Nano Research 2015, 8, 3496-3504）成功實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯薄膜的可控生長。在石墨烯生長條件下，普通玻璃以熔融狀態(tài)存在，表面高度均一并且各向同性，利用熔融態(tài)玻璃的這些性質(zhì)，課題組生長出尺寸和分布都很均勻的石墨烯圓片。利用直接生長方法獲得的石墨烯玻璃，具有玻璃與石墨烯的界面接觸良好、界面無污染等優(yōu)異特性。
熔融態(tài)玻璃表面生長石墨烯的工作，被2015年10月出版的Nature
Materials以研究亮點(diǎn)的形式進(jìn)行了報(bào)道和關(guān)注（Nature Materials
2015, 14,1186）：“這項(xiàng)工作利用了熔融態(tài)玻璃表面各向同性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了石墨烯均勻成核”、“石墨烯玻璃可以應(yīng)用于智能加熱器件”、“整個(gè)生長過程與玻璃生產(chǎn)過程相類似，熔融態(tài)玻璃鋪展在液態(tài)錫表面，從而獲得光滑平整的玻璃”。
由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性，以及石墨烯的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和表面疏水性等優(yōu)點(diǎn)，研究人員將其應(yīng)用于熱致變色窗口、防霧視窗以及光催化等方面。研究發(fā)現(xiàn)，一方面，由于石墨烯本身的電阻適中，通電時(shí)產(chǎn)生的熱量足以使熱致變色涂層的顏色發(fā)生改變，因此可以做為一種合適的窗口材料。另一方面，通電時(shí)石墨烯產(chǎn)生的熱量還可以用來去除材料表面的水霧，不通電的情況下，利用石墨烯本身的疏水特性也可以自發(fā)抑制水霧形成。因此，石墨烯玻璃防霧視窗同時(shí)具備了主動(dòng)和被動(dòng)防/除霧的能力。此外，在玻璃表面直接生長的石墨烯均勻性良好，可以做為一種循環(huán)使用的光催化的理想基板。通過化學(xué)方法將光催化劑負(fù)載到石墨烯玻璃表面，可以有效地提升催化效率。
劉忠范院士相信，石墨烯玻璃在未來必將有非常廣闊的應(yīng)用前景，對于玻璃產(chǎn)業(yè)和石墨烯材料而言都是至關(guān)重要的。
該研究成果被X-MOL、烯碳咨訊等多家行業(yè)咨訊媒體分別以“石墨烯玻璃：傳統(tǒng)玻璃與石墨烯的完美結(jié)合”及“劉忠范院士團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)石墨烯在玻璃表面的直接生長為題”進(jìn)行了專題報(bào)道。
該項(xiàng)研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金、教育部和北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)等項(xiàng)目的資助。
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