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聚合物 - 石墨烯“纳米地毯”为智能织物带电

来自俄罗斯托木斯克理工大学的研究人员和他们的国际同事发现了一种修改和使用电流和热量的单原子薄导体石墨烯而不破坏它的方法。


利用这种新方法,研究人员能够在单层石墨烯上合成具有强共价键的结构良好的聚合物,他们称之为“聚合物地毯”。整个结构非常稳定; 随着时间的推移,它不易退化,这使得该研究有希望用于柔性有机电子器件的开发。另外,如果在“纳米毯”上添加一层二硫化钼,则所得到的结构在暴露于光下时会产生电流。


研究结果发表在《材料化学杂志》,篇名为《用于光电子学的石墨烯基导电聚合物地毯的自下而上制造》)。


根据科学家的说法,石墨烯本身就足够稳定,而且与其他化合物的反应也很差。为了使其与其他元素发生反应,即对其进行修饰,石墨烯通常至少部分被破坏。这种改性降低了材料的性能。



来自托木斯克理工大学化学与应用生物医学研究学院的劳尔·D·罗德里格斯教授说:“当石墨烯功能化时,你应该非常小心。如果你做得过多,石墨烯的独特特性就会丧失。因此,我们决定走另一条路。在石墨烯中,有不可避免的纳米缺陷,例如在石墨烯的边缘和平面上的皱纹。氢原子常常附着在这些缺陷上。正是这种氢可以与其他化学物质相互作用。”


为了对石墨烯进行改性,作者使用了一种薄的金属衬底,在其上放置一层石墨烯。然后石墨烯被溴-聚苯乙烯分子的溶液覆盖。这些分子与氢相互作用,并附着在存在的缺陷上,产生聚己基噻吩(P3HT)。在光催化过程中,进一步暴露在光下的聚合物开始“生长”。


罗德里格斯指出:“结果,我们得到了结构类似于“聚合物地毯”的样品。在这样一个‘聚合物地毯’之上,我们放置二硫化钼。由于材料的独特组合,我们得到了一个像太阳能电池一样的三明治结构。也就是说,当它暴露在光下时会产生电流。在我们的实验中,聚合物和石墨烯的分子之间建立了一个很强的共价键,这对材料的稳定性至关重要。”


据研究人员介绍,石墨烯改性方法一方面可以获得非常坚固的化合物,另一方面,它使用的是价格合理的材料,相当简单和便宜。该方法是多功能的,因为它使直接在石墨烯上生长非常不同的聚合物成为可能。


“另外,由于我们没有破坏石墨烯本身,而是利用了先前存在的缺陷和与聚合物分子的强共价键,所以获得的杂化材料的强度是另外的。这使得我们认为,当太阳能电池可以附着在衣服上,并且变形后不会断裂时,这项研究对于薄而灵活的电子产品的发展是有希望的。”教授解释道。