針對(duì)石墨烯的新材料的使用，從學(xué)校到企業(yè)都展開(kāi)了一系列的研究。新材料的出現(xiàn)為傳統(tǒng)材料提供了新的替代方式，石墨烯的應(yīng)用范圍一直在增加。

　　近日，美國(guó)萊斯大學(xué)的化學(xué)家James Tour與萊斯大學(xué)的材料科學(xué)家Pulickel Ajayan、Rouzbeh Shahsavari，北京航空航天大學(xué)的Jun Lou和Yan Zhao共同研發(fā)了一款新的符合材料。這種材料是通過(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂和石墨烯等一系列的高分子聚合物復(fù)合形成。

　　石墨烯一般采用熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法等方法制得，而此次研究的石墨烯新材料是通過(guò)將碳源、聚丙烯晴、鎳粉進(jìn)行充分的混合，利用冷壓技術(shù)將材料壓實(shí)，再通過(guò)加熱和化學(xué)處理去除鎳，得到多孔的3D支架，最后利用真空將環(huán)氧樹(shù)脂注入支架中。

　　在制取的過(guò)程中，研究人員使用了多壁碳納米管和石墨烯泡沫進(jìn)行混合，這種方法得到的材料硬度比純環(huán)氧樹(shù)脂高出了約17倍，電導(dǎo)率約為每厘米14西門子，這種材料能夠在航空領(lǐng)域和民用領(lǐng)域得到應(yīng)用，代替現(xiàn)在正在使用的復(fù)合樹(shù)脂材料。

　　其實(shí)，碳釬維復(fù)合材料應(yīng)用于航天和汽車領(lǐng)域的研究早已開(kāi)展。在1950年，美國(guó)Wright-Patterson空軍基地已經(jīng)著手制造碳纖維。隨著研究推進(jìn)，現(xiàn)在美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)中使用碳纖維復(fù)合材料的比例也在增加，第四代戰(zhàn)斗力F-22采用了約24%的碳纖維復(fù)合材料。

　　二月，日本東北大學(xué)和名古屋大學(xué)的科研人員成功研制出兩種新型三層石墨烯。這兩種新材料均由三層石墨烯組成，但堆垛方式和導(dǎo)電性不同。這一成果將推動(dòng)光電轉(zhuǎn)換光伏電池等新型電子設(shè)備的研發(fā)。

　　石墨烯的碳原子呈六角形蜂巢晶格狀分布，有兩種常見(jiàn)的雙層堆垛方式：一是AA堆垛，即上下兩層緊密重合;二是AB堆垛，即上下兩層之間存在一個(gè)碳原子的距離。這兩種堆垛方式目前已成功實(shí)現(xiàn)。如果加上外電場(chǎng)，AB堆垛雙層石墨烯便會(huì)成為半導(dǎo)體。相較之下，三層堆垛很難實(shí)現(xiàn)。日本科研人員用兩種特殊方法加熱碳化硅，終于成功制備出了兩個(gè)三層石墨烯樣品。

　　科研人員將碳化硅在加壓氬氣和高真空中分別加熱到1510℃和1300℃，再噴上氫氣。氫氣中的氫鍵破裂，形成單層氫原子，最后結(jié)合形成三層石墨烯。

　　在加壓氬氣中加熱的碳化硅呈ABA堆垛，即上下兩層重合，中間層錯(cuò)開(kāi)。而在真空下加熱的碳化硅則呈ABC堆垛，即每層稍微錯(cuò)開(kāi)。

　　研究人員在檢測(cè)兩個(gè)石墨烯樣本的物理性質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩者的導(dǎo)電性是不同的。

　　ABA堆垛的樣品和單層石墨烯相似，都是極佳的導(dǎo)電體。而ABC堆垛的性質(zhì)更接近于AB堆垛雙層，具有半導(dǎo)體特性。

　　在石墨烯的研發(fā)領(lǐng)域方面，我國(guó)也在和英國(guó)搭建合作關(guān)系。中國(guó)作為最大的石墨制造國(guó)家，和石墨烯研發(fā)前沿的英國(guó)之間的合作，能夠充分發(fā)揮彼此的優(yōu)勢(shì)，為下一步產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)化做基礎(chǔ)。