麻省理工学院的工程师开发了一种连续制造工艺，可以生产出长条状的高质量石墨烯。

 

该团队的研究成果首次展示了一种工业的、可扩展的制造高质量石墨烯的方法，这种方法适用于过滤各种分子的膜，包括盐、大离子、蛋白质或纳米颗粒。这种膜应该对脱盐、生物分离和其他应用有用。

 

麻省理工学院机械工程副教授、制造与生产力实验室主任约翰·哈特说:“多年来，研究人员一直认为石墨烯可以作为一种制造超薄膜的潜在途径。”“我们认为，这是第一次将石墨烯的生产应用于膜应用，要求石墨烯无缝、覆盖基底、高质量。”

 

 

哈特是该论文的资深作者，该论文发表在《应用材料与界面》杂志的网络版上。这项研究包括第一作者Piran Kidambi，他曾是麻省理工学院博士后，现在是范德比尔特大学的助理教授;麻省理工学院研究生Dhanushkodi Mariappan和Nicholas Dee;新加坡国立大学的张穗;Andrey Vyatskikh，他曾是斯科尔科沃科技学院的学生，现在加州理工学院;以及麻省理工学院机械工程副教授Rohit Karnik。天富代理

越来越多的石墨烯

 

 

对于许多研究人员来说，石墨烯是用于过滤膜的理想材料。单片石墨烯就像原子细铁丝网，由碳原子组成，其结构使这种材料极其坚韧，即使是最小的原子氦也不受其影响。

 

包括卡尼克团队在内的研究人员已经开发出制造石墨烯薄膜的技术，并精确地在薄膜上钻出微小的孔或纳米孔，这些孔的大小可以定制以过滤出特定的分子。在大多数情况下，科学家合成石墨烯的过程被称为化学气相沉积，即首先加热铜箔样本，然后在其上沉积碳和其他气体的混合物。

 

新的制造工艺可以将石墨烯卷出

 

这个过程包括一个“卷到卷”系统，从一端卷出一条铜箔带，然后送入熔炉。甲烷和氢气沉积在箔上形成石墨烯，然后从炉中释放出来，卷起来进行进一步的研究。

 

石墨烯基薄膜大多是在实验室中小批量生产的，研究人员可以在实验室中仔细控制材料的生长条件。然而，哈特和他的同事们认为，如果石墨烯膜要投入商业使用，就必须大量、高速率、可靠地生产。

 

哈特说:“我们知道，工业化需要一个连续的过程。”“只做一件作品，你永远不会得到足够的钱。商业上使用的薄膜需要相当大——有些大到你不得不把一张海报宽的箔片送到熔炉里来制作薄膜。”天富代理

一个工厂转出

 

 

研究人员着手建立一套从头到尾的制造流程来制造薄膜级的石墨烯。

 

该团队的设计结合了一种辊对辊的方法(一种用于连续处理薄箔的常见工业方法)和常用的化学气相沉积石墨烯制造技术，以高速度大量生产高质量石墨烯。该系统由两个线轴组成，由传送带连接，传送带穿过一个小熔炉。第一个线轴展开一条铜箔，不到1厘米宽。当它进入熔炉时，铝箔首先通过一个管，然后是另一个，在“分裂区”的设计。

 

虽然箔卷通过第一管,但理想加热到一定温度,此时通过第二管,准备滚的科学家在指定泵比甲烷和氢气,这是沉积在加热箔生产石墨烯。

 

“石墨烯开始在小岛屿上形成，然后这些岛屿聚集在一起形成一个连续的薄片，”哈特说。“当它被烤出烤箱时，石墨烯应该以一层的形式完全覆盖在箔纸上，就像一层连续的披萨。”

 

 

石墨烯从熔炉中出来后，被滚到第二个线轴上。研究人员发现，他们可以将箔片连续地送入系统，以每分钟5厘的速度产生高质量的石墨烯。他们最长的测试持续了近4个小时，在此期间他们产生了大约10米的连续石墨烯

 

 

哈特说:“如果这是在工厂里，它就会全天候运转。”“你会有大卷的箔纸穿过，就像印刷机一样。”