石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。實(shí)際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。

近期，中關(guān)村的中國航發(fā)航材院研發(fā)新型石墨烯口罩。該口罩在過濾層中，應(yīng)用了新型石墨烯聚丙烯熔噴布材料，佩戴者在呼吸時(shí)，口罩就能把病菌細(xì)胞壁破壞掉，從而起到了殺菌的作用。普通口罩有效使用期為4小時(shí)左右。這款石墨烯口罩，使用時(shí)間高達(dá)為48小時(shí)!

中國航發(fā)航材院用短短25天的時(shí)間打造石墨烯抗菌熔噴布生產(chǎn)線、石墨烯PP粒料生產(chǎn)線、以及石墨烯口罩中試生產(chǎn)線。目前這一新型石墨烯口罩生產(chǎn)線日產(chǎn)20萬只口罩。

石墨烯為什么能抑菌抗菌?

1個(gè)毫米石墨內(nèi)包含300萬層單層石墨烯，現(xiàn)如今已知Z小的細(xì)菌是0.2毫米，約是石墨烯的600倍，細(xì)菌在這樣鋒利的納米級二維材料上游走瞬間就被割破細(xì)胞壁而死亡。石墨烯抑菌應(yīng)用不但可以通過對細(xì)菌細(xì)胞膜的插入進(jìn)行切割，還可以通過對細(xì)胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取來破壞細(xì)胞膜從而殺死細(xì)菌

石墨烯為什么可以做口罩?

相比于傳統(tǒng)的無機(jī)、有機(jī)抗菌劑，石墨烯基本沒有細(xì)胞毒性，更適合與人體皮膚直接接觸。為了使具有特殊抗菌性能的石墨烯與棉纖維有效結(jié)合，研究人員嘗試先用氧化石墨烯上的羧基、羥基、羰基和環(huán)氧基與棉纖維穩(wěn)固結(jié)合，再通過還原得到穩(wěn)固結(jié)合石墨烯的純棉織物，從而有效避免棉織物在潮濕環(huán)境下滋生細(xì)菌，制備出高科技、高抗菌性的純棉織物，拓展了石墨烯在紡織界的發(fā)展領(lǐng)域。

石墨烯材料的抗菌活性主要包括四種機(jī)制：

1、物理穿刺或者叫做“納米刀”切割機(jī)制;2、氧化應(yīng)激引發(fā)的細(xì)菌/膜物質(zhì)破壞;3、包覆導(dǎo)致的跨膜運(yùn)輸阻滯和(或)細(xì)菌生長阻遏;4、通過插入和破壞細(xì)胞膜物質(zhì)造成細(xì)胞膜不穩(wěn)定。根據(jù)石墨烯材料和細(xì)菌的不同接觸狀態(tài)，上述幾種機(jī)制協(xié)同作用導(dǎo)致細(xì)胞膜的完全破壞(殺菌作用)和阻遏細(xì)菌生長(抑菌作用)。

石墨烯的制備方法

1、機(jī)械剝離法

利用物體與石墨烯之間的摩擦和相對運(yùn)動(dòng)，得到石墨烯薄層材料的方法。方法操作簡單，得到的石墨烯通常保持著完整的晶體結(jié)構(gòu)。

2、氧化還原法

氧化還原法是通過使用硫酸、硝酸等化學(xué)試劑及高錳酸鉀、雙氧水等氧化劑將天然石墨氧化，增大石墨層之間的間距，在石墨層與層之間插入氧化物，制得氧化石墨。然后將反應(yīng)物進(jìn)行水洗，并對洗凈后的固體進(jìn)行低溫干燥，制得氧化石墨粉體。通過物理剝離、高溫膨脹等方法對氧化石墨粉體進(jìn)行剝離，制得氧化石墨烯。通過化學(xué)法將氧化石墨烯還原，得到石墨烯。

3、碳化硅外延法

SiC外延法是通過在超高真空的高溫環(huán)境下，使硅原子升華脫離材料，剩下的C原子通過自組形式重構(gòu)，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。這種方法可以獲得高質(zhì)量的石墨烯，但是這種方法對設(shè)備要求較高。

4、化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法即(CVD)是使用含碳有機(jī)氣體為原料進(jìn)行氣相沉積制得石墨烯薄膜的方法。這是生產(chǎn)石墨烯薄膜Z有效的方法。這種方法制備的石墨烯具有面積大和質(zhì)量高的特點(diǎn)，但現(xiàn)階段成本較高，工藝條件還需進(jìn)一步完善。由于石墨烯薄膜的厚度很薄，因此大面積的石墨烯薄膜無法單獨(dú)使用，必須附著在宏觀器件中才有使用價(jià)值，例如觸摸屏、加熱器件等。