科学家用高能电子束合成3D石墨烯薄膜

近日，科学院(CAS)合肥物质科学研究所(HFIPS)王振阳教授课题组制备了宏观厚三维(3D)多孔石墨烯薄膜。研究人员以高能电子束为能源，利用电子束的高动能和低反射特性，将聚酰亚胺前驱体直接诱导成厚度达0.66mm的3D多孔石墨烯晶体薄膜。相关研究成果发表在《碳》杂志上。

石墨烯由于其众多特殊的化学和物理特性已被证明是一种新的战略材料。集成三维 (3D) 多孔石墨烯网络可以防止石墨烯片的重新堆叠，并使离子易于进入和扩散。然而，宏观厚3D多孔石墨烯薄膜的有效合成仍然是一个挑战。

激光的高瞬时能量可以诱导含碳基质直接碳化，形成高结晶质量的石墨烯。但激光对含碳基体的穿透深度很低，导致制备的石墨烯薄膜厚度不足，限制了其在实际器件中的应用。因此，探索更有效的能源是高能束致石墨烯产业化应用急需解决的关键问题。

在这项研究中，研究人员利用高能电子束作为新能源，实现了在聚酰亚胺前驱体上高效制备宏观厚3D多孔石墨烯晶体薄膜。

与激光相比，高能电子束具有零反射、高动能、注入效应、聚焦控制简单等诸多优点，使得电子束成为快速诱导聚酰亚胺前驱体碳化生产石墨烯的较好能源。

聚酰亚胺中的氢、氧和其他一些成分可以以气体的形式迅速逸出，导致石墨烯具有丰富的 3D 孔结构。

该研究表明，电子束诱导石墨烯(EIG)薄膜的厚度高达 0.66 mm，合成速率为 84 cm 2 /min，明显大于激光所提供的合成速率。此外，EIG已成功应用于超级电容器电极领域，显示出优异的电化学存储能力。

EIG具有突出的光热性能，还可应用于太阳能光热防冰除冰领域。温度可以是 -40 °C，这被认为是超低的。

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