“一步到位”将碳纤维变成石墨烯量子点

    据美国物理学家组织网1月13日（北京时间）报道，美国莱斯大学研究人员开发出一种可将普通碳纤维制成石墨烯量子点的新方法。这种一步到位的技术比现有的石墨烯量子点研制工艺更为简化，所得到的量子点不足5纳米，具有高溶解性，大小可以通过设定制造时的温度来加以控制。未来在电子、光学和医学领域将有巨大的应用潜力。相关研究发表在本月美国化学学会杂志《纳米快报》网络版上。
　　量子点的概念是在上世纪80年代提出的，是一种半导体纳米结构，带隙取决于大小和形状，可用于研制计算机、发光二极管、太阳能电池、激光器以及医疗成像设备。
　　莱斯大学的研究人员选择性地让碳纤维发生氧化，并用透射电子显微镜进行观察。他们看到的石墨烯斑点，更确切地说应该是从化学处理过的碳纤维中提取的纳米级氧化石墨烯。参与研究的莱斯大学研究生高薇（音译）说：“我们称它们为量子点，但它们是二维的，因此我们实际上获得的是石墨烯量子盘。”
　　用其他如化学分解或电子束光刻等技术获得的量子点价格昂贵，且制造一小批石墨烯量子点需要数周时间。新方法的大优势在于，只需一个步骤就能得到大量量子点，且所用原料价格便宜，是很容易买到的碳纤维。
　　进一步实验显示，这些量子点的大小以及与此相关的光致发光特性可以在相对较低的制造温度下进行控制。在120摄氏度、100摄氏度和80摄氏度时，可获得发蓝色、绿色和黄色冷光（荧光）的量子点。
　　高薇说，发冷光（荧光）的特性使得这些石墨烯量子点在成像、蛋白质分析、细胞跟踪和其他生物医学领域应用前景广阔。在休斯顿MD安德森癌症中心和贝勒医学院对两个人类乳腺癌细胞系进行的测试显示，这些量子点很容易进入细胞的细胞质中，并且不会影响细胞的增殖。
　　该研究论文的合著者、莱斯大学研究生、同时就读于MD安德森癌症中心的丽贝卡・罗梅罗・阿伯托说：“与荧光体相比，石墨烯量子点的优势是发出的荧光更稳定，不会出现光漂白，因而不易失去其荧光性。这可能成为进一步探索生物成像的一个有趣途径。未来，这些石墨烯量子点可能发挥更大的作用，因为它们也可以应用于传感领域。”
　　研究人员还发现，这些量子点的边缘往往表现为锯齿状。而石墨烯片的电学性质是由其边缘形状决定的，锯齿状表明它们具有半导体特性。
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　　自从英国实验人员用胶带从石墨上撕下薄薄的一层，石墨烯就凭借奇特的物理性质成为材料学的宠儿。不过纳米级的石墨烯微片难以制造，这限制了它应用于“量子点”这一半导体组件的前景。美国莱斯大学的新技术，用碳纤维作为加工原料，只需要设定好温度，就可以制造出大批量的大小一致的纳米级石墨烯点。效率的跃升，好比从手抄书时代进入了活字印刷时代。而碳纤维除了在降落伞和自行车等领域发挥它的高强度特性之外，又多了一个用途：为生物技术和电子制造业作贡献。