中国粉体网讯 近日，据俄媒报道，俄罗斯科学家开发出一种制造智能玻璃的独特技术，该技术有助于在任何玻璃产品中制造出能够成为集成电子产品基础的石墨烯导电结构，在此基础上可以开发廉价高效的柔性电子产品、新型光电器件以及具有扩展功能的各种玻璃产品。
石墨烯被誉为“21世纪新材料之王”，迄今为止仅有18年的发展历史，但其卓越的电学、热学、光学及力学性质引发了科学界与产业界的广泛关注。值得注意的是，作为一种原子层厚二维原子晶体材料，石墨烯薄膜是无法自支撑的。在实际应用中，需将其转移或覆盖到合适的目标基底上，如SiO2/Si、玻璃或树脂。
玻璃作为人类历史上最古老的材料之一，经过5000年的发展，已成为当今社会生产、生活中不可或缺的材料。将石墨烯优异的性质与玻璃广泛的用途相结合，发展“超级石墨烯玻璃”新型复合材料，将是一个既新奇又具有实际意义的课题。一方面，石墨烯可将自身优异的导电、导热、生物相容等特性赋予玻璃；另一方面，玻璃可作为一种完美的载体，将石墨烯成功引入到工业生产及日常生活的方方面面。
石墨烯玻璃（图源：北京石墨烯研究院）
石墨烯玻璃的制备方法
最早的石墨烯玻璃的制备方法依赖液相剥离法获得石墨烯，并将其涂覆到玻璃表面。此方法的弊端在于所制备的石墨烯厚度不可控，无法保证薄膜的连续性和均匀性，且石墨烯与玻璃基底间的附着力极差。
随后发展的“CVD金属-转移”法则是在具有催化能力的金属基底上，利用CVD生长较高质量的石墨烯后，再将其转移到玻璃基底上。转移过程不可避免地会对石墨烯造成污染，并引入缺陷和褶皱。以上两种制备路线由于其自身显而易见的局限性，仅处于实验室研究的阶段，并不能被广泛使用。
由刘忠范院士课题组开创的CVD直接生长法，可实现不同类型玻璃基底(石英、钠钙硅等)上石墨烯薄膜的大面积均匀、层数可控生长，被认为是目前高质量石墨烯玻璃的最佳制备方法。
CVD直接生长技术将最古老的玻璃和最年轻的石墨烯材料的迷人特性完美地结合在一起，使具有优异的电导、热导性和超高的光学透明度等性能的“超级石墨烯玻璃”得以诞生，为拓展石墨烯杀手锏级的应用开辟了新方向。
石墨烯玻璃的应用
石墨烯和玻璃的结合创造了一种新型的玻璃，从基础研究和日常生活应用的角度都引起了人们的极大兴趣。通过将石墨烯与玻璃相结合，不牺牲其最重要的光学透明性的基础上，玻璃表面的性能会发生较大改变，实现在导热性、导电性和亲疏水性等性能上的互补。
石墨烯玻璃加热器件
石墨烯玻璃的导电导热的特性使其可以被应用到热致变色窗和防雾视窗等领域。在电致变色窗中，石墨烯作为透明导电组件，由于石墨烯本身具有一定的电阻，通过施加一定的电压会产生焦耳热，从而可以作为加热器件使用。
常见的防雾视窗通常通过表面疏水化或表面加热的方式来防止大量微米级的水珠覆盖视窗表面，而石墨烯玻璃由于自身的疏水性和导电性，同时具有表面疏水和加热的能力，既能通过疏水性防止雾气形成，又可以在一定条件下通过电加热实现除雾。
液晶智能窗
石墨烯玻璃的高导电性和良好的可见光透过性，有利于通过施加外场来构造光电器件。利用石墨烯玻璃，通过施加较低的电压，聚合物稳定的胆甾相液晶器件可以容易并可逆地在高透明和强光散射状态之间切换，这有望为开发先进的多功能光子器件提供一条途径，以实现与能源和安全相关联的应用。石墨烯玻璃制作的液晶智能窗具有驱动电压小、响应快、对比度大、耐久性好等优点，有望成为替代氧化铟锡（ITO）的优良透明电极，用于制备结构简单、视角宽的高性能液晶基器件。
光热转化器件
利用PECVD方法在普通玻璃基底上可生长获得具有表面面积大、暴露的边缘以及不堆叠的三维构型等特点的垂直结构的石墨烯纳米片。利用DC-PECVD在传统的钠钙玻璃上直接合成VG纳米片，成本低、透明度好、易于大规模生产，并且与日常生活中的许多应用相兼容，在制造新型光热器件方面具有很大的潜力。
生物应用
石墨烯玻璃由于其良好的生物相容性，在生物传感器领域应用具有很大的应用潜力，为实时检测和监测相互作用提供了一种新的替代传统的基于表面共振技术的新方法。
小结
石墨烯玻璃展现出的优异性能与应用价值值得研究。目前，无论在科学还是技术上依然还有很多问题有待解决，如进一步降低生长温度、缩短生长时间、提高样品质量。在此基础上，如何实现石墨烯玻璃的规模化制备，并发掘石墨烯玻璃的杀手锏级应用值得探索。
参考来源：
单俊杰等，石墨烯玻璃的制备与应用，北京大学
刘若娟，大面积均匀石墨烯玻璃的快速制备及其应用研究，重庆大学
陈旭东等，石墨烯玻璃：玻璃表面上石墨烯的直接生长，北京大学
（中国粉体网编辑整理/平安）
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