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离子注入技术辅助制备高质量石墨烯玻璃及其应用

发布时间: 2022-11-16

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式： 技术转让
成果类型： 发明专利
行业领域：
碳基纳米材料制造
成果介绍
石墨烯玻璃（Graphene Glass）是一种将石墨烯和玻璃结合在一起，发展出新型的复合材料。玻璃作为一种典型的透明绝缘材料，被广泛应用于建筑、化工、电子、光学、医药等诸多领域。然而，玻璃本身的导电和导热性都很差，限制了在许多领域的发展。石墨烯作为一种高透光性的二维材料，具有超高机械强度、超高的载流子迁移率和热导率等优异的性质，在透明导电薄膜、柔性显示、光电探测器等领域有着巨大的应用潜力。玻璃和石墨烯都具有很高的透明度，同时在导电、导热和浸润方面可以有效互补，形成具有高导电性、高导热性、生物相容性以及高强度的石墨烯玻璃，推动传统玻璃行业的升级换代。 本项目设计开发了一种石墨烯玻璃制备方法，通过利用离子注入技术，将过渡金属粒子注入到玻璃表面，然后在石墨烯生长过程中注入的金属粒子有效提升玻璃表面对于碳源的裂解能力，并且促进石墨烯晶畴的成核和生长。这种方法成功在二氧化硅、蓝宝石、石英玻璃等绝缘衬底上制备出高质量单层石墨烯。
成果亮点
本成果研究的方法可以有效地控制石墨烯的层数和提高石墨烯在玻璃上的生长质量，同时能够保证石墨烯玻璃具备优异的透光率和导电性。 1、在玻璃衬底上进行金属离子注入，得到金属离子掺杂的玻璃，注入的金属离子的种类包括Cu离子、Ni离子和Au离子中的一种或多种。 2、金属离子掺杂的玻璃中金属离子的注入剂量为1×1015～5×1016ions·cm-2。 3、金属离子注入的方式为：在真空条件下，将低能离子束注入到玻璃衬底表面；所述低能离子束的能量为5～100keV。
团队介绍
团队带头人：赵子强，现任北京大学物理学院教授、北京大学材料学院双聘教授、博士生导师，中国电工学会电子束离子束专委会副主任委。 赵子强教授在科学的道路上不断进取，把核技术应用于核能、太阳能、纳米材料、半导体等领域的研究，取得了一个又一个开创性的成果。承担了国家及部委科研项目十余项，在国内外学术期刊发表论文近百篇。参与了国际核能计划ITER专项研究，利用离子束模拟反应堆环境研究材料损伤。核能系统的结构及功能材料要承受高通量的粒子辐照，对核能材料进行材料性能退化的研究、评估核能系统的寿命和安全是十分重要的。赵子强教授建立了多束离子束辐照研究的方法，选取合适的聚变堆候选材料和模型材料进行辐照损伤的研究，在国际重要学术期刊发表相关论文二十余篇。
成果资料
产业化落地方案
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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”濮阳国防产业科技服务团 (中国兵工学会) 评价时间：2022-11-18

孔见

南京理工大学

教授

综合评价

该成果通过利用离子注入技术，将过渡金属粒子注入到玻璃表面，然后在石墨烯生长过程中注入的金属粒子有效提升玻璃表面对于碳源的裂解能力，并且促进石墨烯晶畴的成核和生长，对传统碳基纳米材料制造行业有一定的引领性作用，技术创新性很强，本项目目前仍处于实验室研究阶段，但技术较为先进，目标市场处于成长市场，产品竞争优势较为明显。 总体而言，该项目技术思路方向很好，未来市场空间大，有利于当前政策要求，值得支持推广。建议强化相应产品开发，加大产业链开发力度。
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