在石英上直接生长大面积均匀单层石墨烯及其在超快除雾器中的应用

由于单层石墨烯具有极高热导率(~5300 W/mK)和良好透光性(97.3%),以及较低的热损失系数(8 W m2 oC1),使其有望应用于透明除雾器应用领域并获得良好的性能表现。实验表明金属基底上生长后转移到绝缘基底上的石墨烯在饱和温度以及响应时间方面远优于传统ITO或者金属材料。但是,这些测试均是在干燥环境中进行,并未实现石墨烯在除雾上的真正应用。这是由于转移石墨烯与基底之间的范德华作用力较弱,当暴露于水蒸汽中时,水分子易渗入石墨烯与基底之间,导致石墨烯薄膜的电阻显著增加,进而使得石墨烯所能达到的饱和温度降低,最终不能有效除雾。而采用还原石墨烯氧化物制作的除雾器虽可用于除雾,但透光率较低(53%)。

武汉大学化学与分子科学学院付磊教授课题组针对这一问题,利用金属镓蒸气催化,在透明石英基底上直接生长大面积连续单层石墨烯膜,并将其直接用于除雾器的组装与测试。直接制备得到的单层石墨烯除雾器,其透光率可达96.8%;除两侧附着电极区域之外,整个石墨烯表面的饱和温度差异小于2℃。在实际除雾测试实验中,施加32 V电压,仅需6 s就可以完全实现除雾;且在进行50次循环测试之后,该石墨烯除雾器依旧保持其优异的除雾性能未发生明显变化。为了与该直接生长的单层石墨烯的除雾性能进行对照,该团队利用转移的石墨烯也制作了除雾器,测定了两者的除雾性能及暴露于雾汽中时电阻的变化。结果表明,在相同电压下,转移石墨烯完全无法实现除雾,且电阻变化测试表明当其暴露于水雾中后,其电阻值急剧升高至初始值的~220%,而直接生长石墨烯的电阻值仅增加~10%。且在晾干之后,直接生长石墨烯的电阻值可恢复至初始值,而转移石墨烯的电阻值继续升高。该直接生长的单层石墨烯除雾器在实际除雾中所表现出的优异性能为石墨烯在除雾领域的应用提供了可行的思路。相关结果发表在Small上。

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