“不算别人,我们先有个概念也好。”
“这种仪器主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成吧?”
“微悬臂运动,可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测。”
“当针尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时,检测该斥力可获得表面原子级分辨图像。”
“一般情况下分辨率也在纳米级水平。”
“这样原子力显微镜测量对样品无特殊要求,可测量固体表面、吸附体系等。”
“算了,对这种东西我也不太了解,最多也就知道这些了。”
“我们还是说说石墨烯吧!”
秦军果断改变话题,他要是继续说下去,也许就要露馅了。
没有发明出来的设备,秦军说的也是头头是道,虽然说的很笼统,但是也有点说不过去啊!
“机械剥离的石墨烯可能尺寸较大,如提到横向尺寸不小于2微米,层数不多于5层,所以检测时要考虑这些参数。”
“这就可以用光学显微镜先定位,再用其他方法详细分析。”
“总结下来,检测步骤应该是先用光学显微镜定位剥离后的样品,然后寻找方法测厚度。”
“拉曼光谱分析层数和缺陷,再加上电学测试和XRD辅助。”
“同时,根据定义,厚度在纳米级(单层约0.34nm)即可确定为二维材料。”
“这应该不算太难吧?毕竟拉曼光谱仪好像能买到吧?”
陈菊想了一会儿才道:“应该能完成这些步骤。”
“具体怎么检测,还是需要实验验证。”
“比如厚度检测,没有原子力显微镜,那就需要另外想办法了。”
“之前我们的想法是,通过轻敲模式测量石墨烯片厚度,单层石墨烯厚度,我们检测通常为0.3–1nm。”
“若测得多层结构,如1–3层,仍属于二维材料范畴,依据二维材料定义是厚度在纳米尺度内。”
“这里就需要用到光学显微镜。”
“初步定位石墨烯样品,辅助后续高精度检测。”
“接着是层数与结构分析。”
“这就需要拉曼光谱。”
“按照我们的实验结果来看,G峰(~1580 cm?1)反映石墨烯层数和应力状态。”
“2D峰(~2700 cm?1)是单层石墨烯表现为单峰,多层则分裂为多峰,用于判定层数。”
“D峰(~1350 cm?1)是评估缺陷密度,机械剥离法所得石墨烯通常缺陷较少。”
“能做到这种程度,其实我们对于检测鉴定二维材料就已经走完了很大一部分。”
“因为接下来需要使用透射电镜(TEM)与扫描电镜(SEM),这两种一起已经发明很多年。”
“所以我们可以买到一部分这种仪器。”
“有这两种电镜,我们就可以直接观察石墨烯的层状结构和边缘形貌,确认是否为单层或少数层。”
“现在我们的合作单位,也就是这个物理实验室,他们需要验证晶体结构与成分。”
秦军想了想道:“X射线衍射(XRD)?”
“用这个就可以分析石墨烯的晶体结构和层间堆垛方式,辅助判断层数。”
“或者做电导率测试?”
“单层石墨烯导电性优异,通过四探针法可验证其电学性能是否符合二维材料特性。”
“而判定二维材料的依据有不少。”
“比如厚度标准,单层或少数层(通常≤5层),厚度在纳米尺度(<100 nm)。”
“电子运动限制,电子仅在平面内自由运动,符合二维材料的电子行为特征。”
“总结流程就是机械剥离样品→光学显微镜定位→ AFM测厚度→拉曼光谱分析层数与缺陷→ TEM/SEM观察形貌→电学性能验证。”
“通过多方法联用,可准确确认是否为二维石墨烯材料。”
陈菊沉默下来,他仔细想了想道:“还是秦总厉害,果然找您来就对了。”
“我们摸索了这么长时间,还不如您短短时间做出的总结精辟。”
“虽然这个流程还有很多技术需要打通,但是我们已经看到前进的道路。”
“不过,秦总应该知道机械剥离法的弊端吧?”
“或者说,很多人担心机械剥离石墨烯的产量!”
秦军一愣,现在就开始担心产量了?
“传统机械剥离法的产量瓶颈很明显,肯定是低效率与低产量。”
“这个只能实验室来用,毕竟简单。”
“如果想不到其他办法,或者是做不到其他方法来剥离石墨烯,那就只能使用传统机械剥离法。”
“如微机械剥离、球磨剥离。”
“通过机械力破坏石墨层间范德华力实现剥离。”
“但肯定存在生产效率低、单次剥离产量低的问题,难以满足工业级大规模应用需求。”
“例如,球磨法虽技术成熟且成本低,但其单次剥离的产物以少层石墨烯为主,且需要反复操作才能提高总产量。”
“再就是产物尺寸限制。”
“机械剥离法通常只能生成尺寸在几十至几百微米的石墨烯薄片,进一步限制了单位产量。”
“要想提高产量,那就需要改进机械剥离技术,让产量提升。”
“按照我的想法,应该用气泡辅助—液相剥离法。”
“简单的说,就是通过结合气泡膨胀和机械剪切效应,可实现石墨烯的高产率制备。”
“例如,改进后的液相剥离法,单次剥离产率可提升很多,甚至翻一倍。”
“则会有就会具备规模化生产潜力。”
“这种方法通过分形阻塞网络结构抑制纳米片聚集,提升了有效产量和稳定性。”
“不要问我具体的,我就是一个想法,需要你们来完善,来实践。”
“所以接下来是连续化工艺开发?”
“在连续搅拌罐反应器中应用中试规模生产。”
“这样可实现石墨烯分散体的浓缩和批量制备,为工业应用提供新方向。”
“只不过,想要大规模生产,这其中的挑战与应对也需要研究。”
“不用说,里面肯定有工业化瓶颈。”
“传统机械剥离法需依赖高温、高压或有毒化学试剂,增加了规模化生产的复杂性和成本。”
“尽管改进方法,如气泡辅助剥离,这样可以在实验室阶段取得突破,但实际工业放大仍需解决设备兼容性和能耗问题。”
“所以以后的技术融合是趋势!”
“我现在能想到的大规模生产,肯定是需要结合机械剥离法与化学气相沉积法,以平衡产量与质量需求。”
“例如,化学气相沉积法负责制备大面积薄膜,而机械剥离法用于补充粉体材料的生产。”
“总结一下就是,机械剥离法在实验室和小批量场景中仍具优势。”
“如产物缺陷少、成本低。”
“但传统方法产量低且难以规模化;”
“新型改良技术,如液相辅助剥离,则会显著提升了产率和稳定性,未来或成为工业级生产的重要路径。”
“还有什么事?最近一年我可没有研究这方面的东西。”
“所以你们不用继续询问,毕竟我也没有参与实验,自然就不知道该怎么达成我这些设想。”
秦军停下来,实验室再一次陷入沉默。
没有参与实验,却好像比他们这一群一直在实验室的人,看的更加透彻。
难道这就是真正的天才?
沉默了好一会儿,陈菊才再次开口。
“机械剥离之后,我们如果可以鉴定石墨烯质量,那么就容易大批量制造合格产品。”
“如果还能改进方法,实现大批量工业化生产,之后就是成本的问题。”
“我们在研究中发现,现在生产石墨烯材料的成本实在是太高了。”
秦军也有点沉默,他自然知道石墨烯材料刚出现的时候,价格是多么的美丽。
原来他们是受制于人,需要通过高价采购阿美莉卡的石墨烯材料。
但是现在不同了啊!