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低成本家用微波炉CVD快速合成气敏特性三维石墨烯
注：文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析
高质量石墨烯材料的快速、低温、低成本规模化制备一直是近年来各界关注的焦点。那么，有无可能抛开传统的化学还原剥离和高温CVD技术获得高质量的石墨烯？近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院的冯双龙博士（点击查看介绍）团队通过将家用微波炉进行改装，实现了低温、快速、低成本制备三维花状石墨烯材料，并与南洋理工大学吴进博士合作对该材料的气敏特性进行了表征，该方法合成的石墨烯表现出较好的气敏特性。
近年来，石墨烯的低成本合成与典型应用引起了越来越多的关注，石墨烯在气体探测方面的应用也随之成为科学研究的热点。追求可规模化制备的、绿色环保、低成本、高性能的石墨烯材料成为石墨烯应用的必然趋势。而针对氮氧化物之类气体是当前环境治理与修复的重要部分，在人体运动检测、医疗健康等领域具有重要的应用价值。目前制备石墨烯的方法主要采用化学还原氧化和高温化学气相沉积方法，两种方法虽然能获得较好的石墨烯材料，若将材料的原位生长与现代的微纳米器件加工工艺结合在一起，上述方法利弊较为明显，且存在制备过程较为复杂、成本高及潜在污染等制约因素。中科院重庆绿色智能技术研究院团队开发的微波等离子化学气相沉积法制备石墨烯技术的弥补了上述缺憾。
众所周知，采用化学与热还原获得的氧化石墨烯表现出较差的气敏特性由于化学存在较多的缺陷及杂质的无法去除。而微波等离子化学气相沉积可以很好地弥补上述方法的缺陷，可以通过原材料的组分选择，制备出Gr/GRO的一体化材料，一定程度上把GRO的导电性得到了提高，有利于提高石墨烯材料的气敏特性。他们将还有氧元素的石墨烯做成了气敏传感器，测试结果显示该材料具有较好的电学特性，所获得的器件对于浓度为1PPM的NO2仍有较好的响应，且可重复性和稳定性较好。该传感器优异的性能使其可应用于大气环境监测、水质富氧监测等领域。
这一成果近期发表在《Advanced Functional Materials》上。
该论文作者为：Jin Wu, Shuanglong Feng, Xingzhan Wei, Jun Shen, Wenqiang Lu, Haofei Shi, Kai Tao, Shirong Lu, Tai Sun, Leyong Yu, Chunlei Du, Jianmin Miao and Leslie K. Norford
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201603598/full
Facile Synthesis of 3D Graphene Flowers for Ultrasensitive and Highly Reversible Gas Sensing
Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 7462-7469, DOI: 10.1002/adfm.201603598
冯双龙博士简介
冯双龙，中国科学院重庆绿色智能技术研究院副研究员。2012年于华中科技大学取得博士学位，2012年至2014年在新加坡南洋理工大学工作，2014年8月起就职于中国科学院重庆绿色智能技术研究院。
研究领域是石墨烯的制备、性能与应用研究。在相关领域发表SCI论文20余篇，包括以通讯作者发表的Adv. Funct. Mater.、Electrochimica Acta.、JPCC、Nanoscale、Adv. Sci.等。
http://www.x-mol.com/university/faculty/26799
科研思路分析
Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？
A：从设备的角度来讲，微波等离子化学气相沉积设备非常昂贵，对于刚参加工作的年轻可以人员购买大型设备，遥不可及。于是我们到超市购买了一台微波炉并搭建一个简易设备进行尝试，效果明显。另外，如上所述，我们的研究兴趣是研究开发可用于气体探测新型碳材料。众所周知，单纯的石墨烯材料虽然具有较好的导电性，但气敏响应不够好，而富含有氧元素的GRO可以对气体有较好的响应，但响应较低，我们提出合成具有石墨烯和氧化石墨烯一体化的材料，解决气体探测效率问题。
Q：在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里？
A：本项研究中最大的挑战是如何搭建好微波等离子设备，找到可以工作的工艺条件，以获得完整的、具有优异性能的石墨烯材料。在这个过程中，我们团队在自制小型设备方面的经验积累起了至关重要的作用。
Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？
A：该合成方法具备低温快速低成本的特点，而合成的材料可灵敏的检测多种危险气体，因此可广泛用于环境监测，安全生产，水质监测等方面。我们相信这项研究成果为石墨烯材料与传统微纳加工工艺技术相结合，为石墨烯在电子设备上的设计与制备提供了一种性能优异的、并且可产业化制备的传感器，将对相关领域的发展产生推动作用。