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新材料之王出现了?石墨烯表示不服

文坛有诗云:“江山代有才人出,各领风骚数百年。”风云变幻的材料界,更新换代的速度,似乎比这要快得多。看看这最近的热点,因为硼烯的出现,恐怕石墨烯“新材料之王”的宝座要保不住了!这硼烯究竟是何方神圣,为何能撼动石墨烯的地位呢?

硼烯闪耀出世:更强、更轻、更柔韧、更多应用可能

和石墨烯在实验室被分离发现的普通出场不同,作为世界上最轻的二维材料,硼烯(borophene)最早并不是诞生于实验室里,而是出现在计算机模拟中,显示硼原子如何形成单层。科学家通过计算机模拟,证明了它的存在。2015年,美国和中国的科学家才先后独立成功合成不同结构的硼烯。

新材料之王出现了?石墨烯表示不服

硼烯不仅出场方式耀眼,性能也是相当剽悍。如果用一句话概括硼烯的性能,那就是:比石墨烯更强、更轻、更柔韧、有更广阔应用前景!

不同于常见的石墨烯、硅烯、黑磷以及二硫化钼等二维材料,硼烯材料中硼的空位具有非常多种多样的排列方式。硼烯具备各向异性电导和金属性,是具有优良离子传输性能的优秀导体,同时也表现出独特的机械、光学特性。科学家分析总结了其在金属离子电池、锂硫电池、储氢、超级电容器以及在HER、OER、ORR等化学反应催化领域的潜在应用。

新材料之王出现了?石墨烯表示不服

如此特别的出场方式,如此优越的材料性能,听起来硼烯确实是凭实力拿下“新材料之王”称号的。但是,它有个无法忽视的问题——规模化量产。尽管硼烯的上述应用前景极具吸引力,但硼烯表面活性高、容易氧化,在应用上面临着无法低成本、大规模、高效稳定的制备这一大难题。这就使得,距离硼烯真正颠覆众多行业和我们的生活,还有很长一段路要走。这也为硼烯夺取下一任“材料之王”称号带来了阻力。毕竟,无法量产应用,再厉害的性能也不过是水中月镜中花。

石墨烯领先一步:可规模生产加工


与此同时,诞生时间更久的“前辈”石墨烯,在实际应用和生产上却屡屡传出好消息。光凭这点,要说硼烯夺走了“新材料之王”的称号,石墨烯怕是要不服了。

不久前,Goodfellow顾特服正式宣布:超高纯“绿色”石墨烯已达到实用阶段,保证不含金属,并且唯一可适用于对金属敏感的加工过程。

新材料之王出现了?石墨烯表示不服

“绿色”石墨烯是一种通过高度可扩大规模加工过程生产的材料。该加工过程包括在等离子体反应器中将甲烷气体(CH4,一种非常强力的温室气体)分解成氢原子和碳原子。然后,碳原子在氢气氛中重新组合成石墨烯薄片。从甲烷气体进入等离子体反应器到石墨烯形成的时间不到一秒。这种绿色大规模生产方法的速度和成本效益有望使石墨烯轻松地应用于多种不同行业。

更关键的是,由此产生的石墨烯纳米片非常薄,微微起皱,而且不会堆叠(与剥落的材料不同),确保了最佳的电气、热和力学性能。这些特性使得这种易于使用的产品成为一种非常好的纳米填料,适用于电子墨水、聚合物、金属复合材料和涂料。

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