加州理工学院发现获取高品质石墨烯新技术

2015-04-07  来源:复材在线  作者:复材在线  浏览次数:1845 收藏  |  分享

美国加州理工学院(California Institute of Technology)的研究人员日前开发出了室温下只需5分钟就能在铜箔上形成几厘米见方高品质石墨烯的技术。这项技术可能会给太阳能电池、显示器的透明电极、燃...
美国加州理工学院(California Institute of Technology)的研究人员日前开发出了室温下只需5分钟就能在铜箔上形成几厘米见方高品质石墨烯的技术。这项技术可能会给太阳能电池、显示器的透明电极、燃料电池的氢离子渗透膜、高品质隔离膜以及柔性电子整体带来很大的影响。
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/m·K,高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8 Ω·m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。同时,由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板甚至是太阳能电池。
由于其独有的特性,石墨烯被称为“神奇材料”,科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长Colin Bailey教授称:“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用,从智能手机和超高速宽带到药物输送和计算机芯片。”
此前,主要有两种方法可以获得高品质的石墨烯。一种是将胶带贴在石墨上再揭下来,从而将石墨烯剥下来的“机械剥离法”。不过,这种方法难以实现量产,所获得的石墨烯尺寸较小,直径还不到1mm。
另一种方法是化学气相沉积(CVD)法,具体是将铜箔加热至1000℃左右,向其中加入甲烷(CH4)等碳源后形成石墨烯。这种方法虽然能够获得直径在1cm左右的高品质石墨烯,但需要高温且复杂的工艺,而且需要花费约10个小时。
此次的技术是CVD法的一种,但工艺温度为室温,而且只需约5分钟就能形成几厘米见方的高品质石墨烯。具体方法是首先用氢等离子体来清洁铜箔的表面。然后,向其中加入碳源。由此获得的石墨烯面积大而且缺陷非常少,其载流子迁移率在合成制作的石墨烯中属于最高水平。
据美国加州理工学院科研人员介绍,因实验差错在过度加热的铜箔上形成了高品质的石墨烯,由此才发现了此次的工艺。(野泽哲生)
日立金属公司研制出新型磁芯材料
日立金属公司前不久开发研制出了高频特性出色的锰锌(Mn-Zn)类铁氧体磁芯材料“ML95S”和“ML90S”。新材料在几兆赫(MHz)高频范围内的磁芯损耗较小,可使网络设备、汽车以及智能手机配备的部件实现小型化和节能化。
在此之前也有过在0.5MHz~5MHz的高频范围采用镍锌(Ni-Zn)类铁氧体材料的讨论,日立金属此次通过组合使用粉末控制技术和热处理技术,实现了与Ni-Zn类铁氧体材料相比饱和磁通密度更高、磁芯损耗更小的Mn-Zn类铁氧体材料。这种材料在接近实际使用环境的高温环境下(80~100℃)的磁芯损耗较小,因此可以抑制功耗和发热量。
采用该材料后,可使变压器和电感器支持高频化和大电流化,实现网络设备的小型化和节能化。今后,日立金属还计划把这款材料用于汽车电装部件和便携终端。
近几年,服务器等网络设备的容量和速度不断提升,尤其是数据中心,为了降低空调电费、改善设施整体的能量效率,强烈要求网络设备实现小型化、降低排热量。与此同时,随着服务器电源中使用的半导体的高频化和大电流化技术不断发展,所采用的变压器和电感器等无源部件也要求支持高频化和大电流化。但在高频范围驱动原来的无源部件时,主要部材——磁芯材料的磁芯损耗非常高,因此电力转换效率会出现下降。而且发热量也较大,可能会给周边部件带来影响。这就需要在高频范围内磁芯损耗较低,而且不易发热的磁芯材料。
据悉,日立金属将在总部们于日本鸟取市的日立Ferrite电子公司和广东省广州市的日立金属(香港)有限公司番禺工厂生产这种新材料。(松田千穂)
富士通开发出可弯曲或拉伸的蓝牙信标
富士通研究所最近开发出了可以弯曲或拉伸的Bluetooth Smart信标(Beacon)。这款产品通过太阳能电池驱动,无需花时间更换电池,厚度为2.5mm、重量为3g。富士通研究所将对新产品的稳定工作和连续运行等性能进行验证,力争2016年度实现实用化。
智能手机已经深深驻扎到了我们的生活里,下一个普及的技术会是啥?移动定位技术很可能会成为新宠。
我们使用智能手机的大多数时间都是在室内度过的,但GPS卫星的微波信号无法穿透建筑物,且建筑墙壁对基站信号的阻碍也比较严重,因此目前的室内定位有着非常巨大的误差,基本可以说达到了不可使用的地步,真正的解决方法目前看来只有一个——在室内安放信标。如同灯塔用灯光给迷航的船只指示方位一样,蓝牙信标则是用载有蓝牙数据包的无线电波给迷航的移动设备(以及他们的主人)指示方位。
然而,蓝牙信标的无线通信模块一般在启动时需要消耗大量的电力。据介绍,此前要想通过太阳能电池进行驱动的话,就需要采用电池等大型蓄电元件。而且,还需要可监测蓄电元件中是否储存了足够电力的电源控制电路。这些蓄电元件和电源控制电路等部件的尺寸较大,不适合弯曲或拉伸。
富士通研究所此次开发出了可在即将通信之前,暂时停止电源监控功能以抑制功耗,将电力用于通信启动的电源控制技术。由此,将蓄电元件的尺寸降至原来的1/9左右,电源控制电路也实现了简化。最终,部件所占面积降至原来的1/6左右。另外,可弯曲和拉伸让新款信标的设置自由度得到提高,因此可以应用于此前难以设置的场所以及衣服和人体等形状经常发生变化的物体。

 

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