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- 發(fā)布時間2018-04-16 10:58
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我們都知道，膠水，作為連接兩種材料的中間體，在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)膠水一般含有復(fù)雜的高分子成分，在高溫或腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用受到很大限制，且多數(shù)不具有導(dǎo)電性能。碳納米材料如碳納米管和石墨烯,具有高比表面積以及出色的機(jī)械強(qiáng)度和柔性，是制備新一代高性能納米膠水的候選材料。之前，研究人員開發(fā)了類似于壁虎爪結(jié)構(gòu)的碳納米管陣列干膠，利用碳納米管的納米級末梢產(chǎn)生范德華力，實(shí)現(xiàn)對光滑表面的強(qiáng)吸附和粘接。然而石墨烯，作為典型的二維層狀納米材料，也可能有類似的性能，其平面原子結(jié)構(gòu)和良好的柔性（貼合于表面）使得它與接觸表面之間也能產(chǎn)生較高的范德華力，因而可以用來制備超薄導(dǎo)電膠水。
在這里不得不提到一個概念，何為石墨烯？石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，所以又叫做單原子層石墨。英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯常見的粉體生產(chǎn)的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法。由于其十分良好的強(qiáng)度、柔韌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)特性，在物理學(xué)、材料學(xué)、電子信息、計(jì)算機(jī)、航空航天等領(lǐng)域都得到了長足的發(fā)展。作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能強(qiáng)的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。
近期，通過北京大學(xué)工學(xué)院曹安源教授課題組在ACS Nano 雜志上發(fā)表文章了解到，利用氧化石墨烯溶液作為膠水電極，將三維納米多孔材料如碳納米管海綿粘接在硅片或金屬等不同基底的表面，只需一層薄薄的氧化石墨烯便可實(shí)現(xiàn)牢固的粘接，而且不會滲入海綿內(nèi)部的孔隙中。經(jīng)高溫或化學(xué)還原后，該粘接層具有良好的導(dǎo)電性，為基底和粘接物之間提供了導(dǎo)電通道，同時還保持著高的粘接強(qiáng)度。
氧化石墨烯膠水通過簡單的滴加和自然干燥過程，將碳納米管海綿粘接在硅基底上，其中粘接界面包括碳納米管與氧化石墨烯接觸界面和氧化石墨烯與硅基底接觸界面。公司分別從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試分析了兩個界面的粘接強(qiáng)度，通過拉伸實(shí)驗(yàn)拔掉粘接在基底上的碳納米管海綿或碳納米管/環(huán)氧機(jī)械增強(qiáng)復(fù)合海綿，分別得到了碳納米管-氧化石墨烯界面和氧化石墨烯-硅基底界面的實(shí)測粘接強(qiáng)度。粘接效應(yīng)來源于碳納米管與氧化石墨烯之間的π-π相互作用，以及氧化石墨烯和硅基底之間的范德華力。
以粘接在銅箔上的碳納米管海綿為三維多孔模板，通過灌注聚二甲基硅氧烷（PDMS），公司制備了機(jī)械性強(qiáng)、彈性好、導(dǎo)電的碳納米管PDMS復(fù)合海綿。該復(fù)合海綿經(jīng)歷千次壓縮循環(huán)，依然保持穩(wěn)定的力學(xué)和電學(xué)性能。在實(shí)驗(yàn)過程中，還原氧化石墨烯不僅起到粘接的作用，還作為電極表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性。
該研究提出的氧化石墨烯導(dǎo)電膠水，具有成分簡單、易操作、超薄、不滲透、耐高溫、導(dǎo)電性優(yōu)異等特點(diǎn)，在開發(fā)新型功能納米器件，如柔性傳感器、三維多孔電極中具有潛在應(yīng)用價值。
