石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體，只有一層碳原子的厚度，是迄今最薄也最堅(jiān)硬的材料，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。很多人認(rèn)為，石墨烯可能取代硅成為未來的電子元件材料，在超級(jí)計(jì)算機(jī)、觸摸屏和光子傳感器等多個(gè)領(lǐng)域“大顯身手”。

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國科學(xué)家制造出了一種由石墨烯和錫層疊在一起組成的納米復(fù)合材料，這種可用來制造大容量能源存儲(chǔ)設(shè)備的輕質(zhì)新材料可用于鋰離子電池中，其“三明治”結(jié)構(gòu)也有助于提升電池的性能。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《能源和環(huán)境科學(xué)》雜志上。

該研究的領(lǐng)先者、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室分子基地的科學(xué)家張躍剛(音譯)表示：“電動(dòng)汽車要輕質(zhì)電池，也要求這種電池能快速地充電，且其充電能力不會(huì)因持續(xù)充放電而有所降低。我們最新研制出的石墨烯納米復(fù)合材料可改進(jìn)電池的性能。”

石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體，只有一層碳原子的厚度，是迄今最薄也最堅(jiān)硬的材料，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。很多人認(rèn)為，石墨烯可能取代硅成為未來的電子元件材料，在超級(jí)計(jì)算機(jī)、觸摸屏和光子傳感器等多個(gè)領(lǐng)域“大顯身手”。張躍剛和同事此前的研究也都專注于石墨烯在電子設(shè)備上的應(yīng)用。

在最新研究中，該研究團(tuán)隊(duì)將石墨烯和錫交替層疊制造出了這種納米復(fù)合材料。他們將一層錫薄膜沉積在石墨烯上，接著在錫薄膜上方放置另一層石墨烯，然后不斷重復(fù)這個(gè)過程制造出了這種復(fù)合材料。他們還對(duì)材料進(jìn)行了熱處理，通過在一個(gè)充滿氫氣和氬氣的環(huán)境中將其加熱到300攝氏度，錫薄膜轉(zhuǎn)變成很多柱子，新增了錫層的高度。

研究人員姬立文(音譯)表示：“對(duì)這個(gè)系統(tǒng)來說，錫薄膜形成這些錫納米柱非常重要。而且，我們也發(fā)現(xiàn)，最上層石墨烯和最底層石墨烯之間的距離也會(huì)不斷變化以適應(yīng)錫層高度的變化?！?/p>

新納米復(fù)合材料中石墨烯層之間的高度變化會(huì)對(duì)電池的電化學(xué)循環(huán)有所改善，錫高度的變化會(huì)改進(jìn)電極的性能。另外，這種適應(yīng)性也意味著電池能被快速地充電，而且重復(fù)充放電也不會(huì)降低其性能，這對(duì)電動(dòng)汽車內(nèi)的可充電電池來說非常關(guān)鍵。