石墨烯正在进入电子和工业应用领域

中国航空报讯： 随着全球石墨烯市场规模的扩大，相关机构正在制定石墨烯标准。

2018年，咨询公司麦肯锡估计，2030年由石墨烯制造的半导体市场总值可达700亿美元。IDTechEx公司2021年报道，公司收到大批量的石墨烯订单，包括用于超级电容器、锂离子电池、涂层和热管理领域；2022年7月，IDTechEx公司的报告显示，石墨烯材料的种类、制造商和生产工艺种类繁多，应用多样，价格差异很大。直到最近，石墨烯检测的国际标准才开始实施。今年6月，《二维材料》杂志发表了国际上不同实验室对通过化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯测量方法的首次比较结果，该研究有助于提高国际标准的准确性。

由美洲的大型钢铁生产商Gerdau成立的、总部位于巴西的Gerdau Graphene公司主要开发和销售基于石墨烯应用的产品。该公司从多个来源获取石墨烯材料，加工成各种不同产品的添加剂，例如聚合物、涂料和润滑剂。对于不同的产品，石墨烯的分散配方不同。最终产品为1到10个原子厚的石墨

烯均匀分散在与最终应用兼容的基质中。该公司用石墨烯作为聚合物材料的增强体，生产强度更高的塑料。目前上市的产品有石墨烯增强聚丙烯和聚乙烯母料。聚乙烯母料后续可用于制造更坚固、更薄的包装和薄膜。

其他公司正在研究工业规模的石墨烯化学沉积工艺以及其他制造工艺。总部位于美国的通用石墨烯使用两种转移方法来减少缺陷，产品可应用于电子、阻隔膜和能量存储领域。总部位于西班牙的Graphenea公司在2月份推出了生产石墨烯场效应晶体管的工艺，并在6月份推出了一系列极小的石墨烯场效应晶体管（miniGFET）全封装器件。总部位于澳大利亚的Graphene Manufacturing Group公司开发了一种生产工艺，可将甲烷分解成碳和氢，从而生产出高质量、低成本、低污染的石墨烯，该石墨烯还具有可扩展性和可调节性，可用于清洁技术和其他领域。6月，该公司表示已制造出第一款石墨烯铝离子（G+Al）袋式电池。

石墨烯新发现，能够像镜子一样反射电子！石墨烯又有更多用途了

石墨烯层可以作为电子束的镜子，这是物理学家Daniël Geelen和同事使用一种新型电子显微镜发现的，其研究结果发表在《物理评论快报》期刊上。这种新技术称为“eV-TEM”，这是电子显微镜的一种新变体，它能将电子束对准样品，以便对其成像。

低能量电子

根据量子力学定律，电子也是波，就像可见光一样，但是波长要短得多。正因为如此，与光学显微镜相比，可以成像更小的细节。然而，从长远来看，电子冲击通常会损坏样品。这是Daniël Geelen，Johannes Jobst，Sense Jan van der Molen和Rudolf Tromp使用慢电子的原因之一，只携带几个电子伏特(eV，因此称为“eV-TEM”)的低能量电子，而不是通常的数万或数十万电子伏特。

石墨烯中的电子

多年以来，该小组运行由IBM的Tromp开发LEEM(低能电子显微镜)，可以对反射的电子进行成像。Geelen增强了仪器，使其有可能成像通过样品的电子，即“透射”，这使仪器在透射电子显微镜(eV-TEM)中转动。

首先研究的材料是石墨烯，一种类似丝的平面二维六角形分子图案中碳的变化。研究人员向石墨烯的单层、双层和三层发射慢电子，并对传输过程进行成像。Sense Jan van der Molen表示：已经有很多关于电子在石墨烯层中行为的研究，但是对于它们如何跨层移动的研究就更少了。

检验理论

70年代的一个理论模型预测，慢电子可以很容易地通过薄层，因为它们几乎不会与这些层中的电子相互作用。然后，当电子的能量和速度提高时，预计相互作用的数量会增加，这将导致通过样品的电子越来越少。不管样品的确切材料是什么，这个“通用曲线”应该保持不变。然而物理学家们注意到了一些非常不同的东西，在特定的电子能量下，测量透射率的急剧下降，这与反射中的峰值相对应，对于具有一定能量的电子，石墨烯就像一面镜子。

镜面石墨烯

在这项研究中，研究人员提供了一个解释：电子是波，在特定波长下，从单独石墨烯层反射的波将相互增强。这种“相长干涉”导致石墨烯层堆叠充当电子的镜子。在眼镜或双筒望远镜上，减反射涂层的绿色或略带紫色色调中也可以看到类似效果。

它们也由层组成，这会对绿色或紫色光产生相长干涉。依赖波长的镜像证明薄样品的行为，不像预期那样可预测和独立于准确的材料。这些结果在很大程度上依赖于材料的电子结构和电子能量。此外，该研究还提出了使用层状石墨烯作为电子束反射镜的可能性，有可能将用作分束器。

石墨烯薄层

分束器是将单个入射光束，分成两个单独的光束，是光学中常用的标准器件，但目前还不存在用于电子束的分束器，石墨烯也许可以填补这个缺口。但首先，研究人员想要对其他材料进行成像，这使得对层状材料以及在常规电子显微镜下，会被破坏敏感生物分子的全新研究成为可能。

博科园｜研究/来自：莱顿大学

参考期刊《自然通讯》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.086802

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