記者從中科院合肥研究院獲悉，該院固體物理研究所王振洋研究員課題組以高能電子束作為能量源，利用電子束流的高動能和低反射特性，將聚酰亞胺前驅體直接原位誘導轉化為厚度高達0.66毫米的三維多孔石墨烯晶體膜。相關研究成果日前發表在《碳》(Carbon)期刊上。

石墨烯由于其特殊的物理與化學特性，被認為是新的戰略性材料。近年來，雖然制備手段在不斷進步，但是由于二維石墨烯片的團聚傾向，其在規模化應用上依然存在巨大難題。構筑三維多孔結構石墨烯可以有效防止片層重新堆疊，且有利于電解液離子的傳輸與擴散，在能源材料與器件領域具有重要應用前景。然而，宏觀厚度三維多孔石墨烯晶體膜的高效合成仍然是一個挑戰。

研究人員發現，利用激光的高瞬時能量可以誘導含碳基質直接碳化形成高結晶質量石墨烯，其在儲能器件和電磁波屏蔽等領域性能突出。但是激光對含碳基基質的穿透深度較低，導致所制備的石墨烯膜厚度不足，限制了其在實際器件中的應用。因此，探索更加有效的能量源，是高能束流誘導石墨烯產業化應用所亟需解決的關鍵難題。

鑒于此，研究人員采用高能電子束流作為新的能量源，在聚酰亞胺前驅體上成功實現了宏觀厚度三維多孔石墨烯晶體膜的高效制備。相比于激光，高能電子束具有零反射、高動能、注入效應、聚焦控制簡單等諸多優勢，使得電子束有望成為比激光更好的能量源，可以快速誘導聚酰亞胺前驅體碳化生成石墨烯。聚酰亞胺中的氫、氧等成分以氣體形式迅速溢出，導致石墨烯具有豐富的三維孔隙結構。研究發現，電子束誘導石墨烯(EIG)薄膜的厚度高達0.66毫米，合成速率為84平方厘米/秒，明顯優于激光。進一步將EIG應用到超級電容器電極領域，其表現出優異的電化學儲電能力。

此外，值得一提的是， EIG還具有優秀的光熱性能，可以應用到太陽能光熱防冰融冰領域，成功實現了低至-40 °C超低溫下的防冰除冰。(作者:吳長鋒)