二維石墨(mo)烯材(cai)料由于(yu)其優異性能而在(zai)很多(duo)領(ling)域都有廣(guang)泛的應(ying)用前景。然而，基于(yu)石墨(mo)烯納(na)米(mi)片(pian)(pian)的宏(hong)觀(guan)結構材(cai)料（如(ru)纖維，薄膜，復雜形狀的塊(kuai)體材(cai)料）在(zai)導電性和載流子(zi)遷移(yi)率方面等方面的性能遠遠小于(yu)一片(pian)(pian)單獨的高(gao)質量(liang)石墨(mo)烯納(na)米(mi)片(pian)(pian)。這是因為隨著(zhu)(zhu)宏(hong)觀(guan)結構的尺寸增加，石墨(mo)烯納(na)米(mi)片(pian)(pian)橫向尺寸受到限制，同時缺(que)陷的影響變得更加顯著(zhu)(zhu)。

目前(qian)制(zhi)造(zao)(zao)基于(yu)石(shi)墨烯的(de)(de)(de)(de)體相材(cai)料經常(chang)需要(yao)引入缺陷，但是這些缺陷難以(yi)(yi)完全去(qu)除(chu)，并且降低了材(cai)料的(de)(de)(de)(de)機械(xie)，電(dian)學(xue)和熱學(xue)等性質。 目前(qian)常(chang)用的(de)(de)(de)(de)使用少層(ceng)石(shi)墨烯或還原/氧化石(shi)墨烯為原材(cai)料的(de)(de)(de)(de)加工制(zhi)造(zao)(zao)方法(fa)具有(you)一些限制(zhi)，由于(yu)這種二維片狀納米結(jie)構宏觀堆疊的(de)(de)(de)(de)不可滲透(tou)性，難以(yi)(yi)完全去(qu)除(chu)溶劑或氣體以(yi)(yi)實(shi)現高度致密結(jie)構。因此，開發一種新的(de)(de)(de)(de)方法(fa)來擴大和快速制(zhi)造(zao)(zao)具有(you)優異(yi)性能的(de)(de)(de)(de)高密度石(shi)墨烯架構具有(you)重要(yao)意(yi)義(yi)。

近日，來自美國馬里(li)蘭大(da)學的胡良兵副教授(shou)（通訊作(zuo)(zuo)(zuo)者），陳亞楠(nan)博(bo)(bo)士（第一作(zuo)(zuo)(zuo)者），王以(yi)林博(bo)(bo)士（共同一作(zuo)(zuo)(zuo)）和美國航空航天研(yan)究(jiu)所的林奕副研(yan)究(jiu)員（通訊作(zuo)(zuo)(zuo)者）合作(zuo)(zuo)(zuo)在Materials ?Today上發表研(yan)究(jiu)長文，題為“Nanomanufacturing of Graphene Nanosheets through Nano-Hole Opening and Closing”。

作(zuo)者報道了通(tong)過控制石墨(mo)烯納米(mi)(mi)片上納米(mi)(mi)孔(kong)(kong)的開，關實現(xian)(xian)高(gao)密度，高(gao)質量石墨(mo)烯體(ti)相(xiang)材(cai)料(liao)的裝配。利用在(zai)石墨(mo)烯納米(mi)(mi)片上誘導形成(cheng)的納米(mi)(mi)孔(kong)(kong)，實現(xian)(xian)多(duo)孔(kong)(kong)石墨(mo)烯的干法(fa)壓制或模(mo)塑成(cheng)型，亦可(ke)實現(xian)(xian)液相(xiang)處理(li)時的溶劑(ji)快速(su)移除。成(cheng)型后(hou)，納米(mi)(mi)片上的納米(mi)(mi)孔(kong)(kong)可(ke)以通(tong)過電加(jia)熱方法(fa)在(zai)高(gao)溫下快速(su)快速(su)閉(bi)合或修復（~2700K）。

與石(shi)(shi)墨(mo)爐(lu)中的(de)傳(chuan)統高溫處理(li)不同，焦耳電(dian)加熱(re)(re)速度快，最快可(ke)達幾(ji)毫秒[參考文獻]，成本低，并且在(zai)(zai)存在(zai)(zai)更高電(dian)阻的(de)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)納米片(pian)之(zhi)間(jian)的(de)接合點處可(ke)以引(yin)起(qi)超高溫。自修復熱(re)(re)還原使得(de)可(ke)以在(zai)(zai)缺陷處在(zai)(zai)相(xiang)鄰的(de)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)納米片(pian)之(zhi)間(jian)形成交聯(lian)，這有助于構(gou)建高密度石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)結構(gou)，從(cong)而導致高電(dian)導率和熱(re)(re)導率。

分子(zi)動(dong)力學（MD）模擬表(biao)明，閉(bi)孔或(huo)修(xiu)復(fu)(fu)機制涉及共軛碳結構(gou)的(de)(de)重建(jian)，其中碳自由(you)基在高溫下填(tian)充修(xiu)復(fu)(fu)納米(mi)孔。閉(bi)孔后的(de)(de)愈合(he)石(shi)墨烯體(ti)相結構(gou)表(biao)現出優(you)異的(de)(de)電導（2209?S / cm），熱導（863W / mK）和(he)機械(xie)強度等。

圖1少層石(shi)墨(mo)烯納(na)米片上打開和(he)關閉孔的(de)(de)過程的(de)(de)示意圖，以制造高(gao)密度(du)和(he)無缺陷的(de)(de)2D石(shi)墨(mo)烯膜和(he)3D石(shi)墨(mo)烯組件。

圖2開孔石墨烯表征。

圖3閉孔石墨烯表征。

圖4分子動力學模擬閉孔原理。

圖5閉孔石墨烯導電導熱性。

作者發現在(zai)熱(re)(re)空氣中加熱(re)(re)石(shi)墨(mo)烯(xi)納(na)(na)米(mi)片導(dao)(dao)致(zhi)的(de)(de)(de)(de)納(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)，可以在(zai)2700?K的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫處(chu)理(li)后修(xiu)(xiu)復愈(yu)合。多孔(kong)(kong)石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)(de)(de)(de)優勢為快(kuai)(kuai)速(su)(su)制(zhi)(zhi)造高(gao)(gao)質量的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)結構開辟(pi)了(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)策略(lve)，在(zai)通過焦耳加熱(re)(re)進(jin)行快(kuai)(kuai)速(su)(su)高(gao)(gao)溫處(chu)理(li)之后，高(gao)(gao)密度石(shi)墨(mo)烯(xi)膜或(huo)具有孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)組件(jian)可以轉變為無孔(kong)(kong)，高(gao)(gao)度結晶的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)結構。在(zai)MD建模(mo)的(de)(de)(de)(de)支持下(xia)，所(suo)提(ti)(ti)出(chu)的(de)(de)(de)(de)納(na)(na)米(mi)孔(kong)(kong)和(he)(he)石(shi)墨(mo)烯(xi)納(na)(na)米(mi)片共軛網絡的(de)(de)(de)(de)修(xiu)(xiu)復機制(zhi)(zhi)是(shi)碳(tan)原子(zi)重(zhong)組和(he)(he)碳(tan)自由基在(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)填充(chong)孔(kong)(kong)中，形成(cheng)與石(shi)墨(mo)烯(xi)一(yi)(yi)致(zhi)的(de)(de)(de)(de)近乎完(wan)美(mei)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)晶格(ge)。作者展望利用(yong)(yong)熱(re)(re)處(chu)理(li)在(zai)石(shi)墨(mo)烯(xi)納(na)(na)米(mi)片上創建和(he)(he)修(xiu)(xiu)復孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)策略(lve)提(ti)(ti)供了(le)調整石(shi)墨(mo)烯(xi)缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)新(xin)工具，用(yong)(yong)于(yu)分離，傳感(gan)器，晶體管等(deng)應用(yong)(yong)，同時提(ti)(ti)供了(le)快(kuai)(kuai)速(su)(su)制(zhi)(zhi)造具有超高(gao)(gao)導(dao)(dao)電性和(he)(he)導(dao)(dao)熱(re)(re)性的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)材料的(de)(de)(de)(de)新(xin)途(tu)徑，用(yong)(yong)于(yu)智能手機，平(ping)板電腦，電動汽車(che)和(he)(he)航空航天業的(de)(de)(de)(de)下(xia)一(yi)(yi)代集成(cheng)電路和(he)(he)高(gao)(gao)功率電池(chi)系統。

來源：?GrapNews

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