帖子
勛章
關(guān)注
任務(wù)
我國(guó)科學(xué)家成功研制超平整石墨烯薄膜 據(jù)悉，該成果所涉及的化學(xué)氣相沉積方法（CVD）生長(zhǎng)石墨烯，是目前制備大面積、高品質(zhì)單晶晶粒或者薄膜的最主要方法。然而，由于石墨烯與基質(zhì)材料能夠產(chǎn)生強(qiáng)耦合作用，使得石墨烯在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)形成褶皺。這一現(xiàn)象嚴(yán)重限制了大尺度均一薄膜的制備，阻礙著二維材料的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用。 “CVD石墨烯中的褶皺是影響其物性的重要瓶頸�！备吡Σǜ嬖V記者，CVD石墨烯中的褶皺，來(lái)源于石墨烯與生長(zhǎng)基體的熱脹率差異，石墨烯生長(zhǎng)于銅或者鉑等生長(zhǎng)基體，生長(zhǎng)溫度多在600度以上，生長(zhǎng)完成后降至室溫便引起石墨烯的褶皺。褶皺的存在，會(huì)影響石墨烯的優(yōu)良特性，然而，究竟在多大程度上能夠影響其性能，并沒(méi)有完整的對(duì)比數(shù)據(jù)�！叭绾螐氐椎叵薨櫍⒅苽涑龀秸氖┍∧�，逐漸成為其品質(zhì)跨越式提升的重點(diǎn)和難點(diǎn)�！备吡Σㄕf(shuō)道。 研究團(tuán)隊(duì)嘗試過(guò)多種消除褶皺的方法，但效果都不盡如人意，僅剩下減弱石墨烯與生長(zhǎng)基體之間耦合作用的唯一途徑。在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，高力波團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，高比例的熱氫氣（H2），會(huì)在一定程度上，弱化石墨烯與生長(zhǎng)基體之間的耦合作用。同時(shí)，研究人員通過(guò)理論模擬發(fā)現(xiàn)，處在石墨烯與銅基體之間的氫，在大濃度、高溫的條件下，可以起到減弱二者耦合的作用。在熱氫氣的組分中，質(zhì)子和電子可以自由穿梭于石墨烯的蜂窩狀晶格。因此，研究人員推測(cè)，質(zhì)子在穿透石墨烯后，有一定概率會(huì)再次與電子組合成氫。 “課題組通過(guò)氫氣、氘氣（D2）、氦氣（He）等離子體的作用效果對(duì)比，驗(yàn)證了所設(shè)想的模型�！备吡Σń榻B，增加質(zhì)子密度，成為減弱二者耦合作用的關(guān)鍵途徑。有鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)采用氫氣等離子體處理褶皺化的石墨烯薄膜，并輔以高溫，逐步減弱并消除石墨烯褶皺。如果在生長(zhǎng)石墨烯的同時(shí)，引入氫氣等離子體，則生長(zhǎng)出來(lái)的石墨烯完全無(wú)褶皺。 為了全方位表征無(wú)褶皺化的石墨烯薄膜，通過(guò)多種物性測(cè)量，包括掃描隧道顯微鏡（STM）觀測(cè)摩爾條紋和掃描隧道譜（STS）、角分辨光電子能譜（ARPES）直觀觀測(cè)石墨烯與銅基體的耦合作用變化、變溫拉曼光譜表征熱漲率差異等，都表明了這種超平整的石墨烯薄膜，處于與生長(zhǎng)基體脫耦合、無(wú)摻雜的狀態(tài)。由于石墨烯薄膜的超平整特性，因此在清除石墨烯表面其他物質(zhì)，尤其是石墨烯轉(zhuǎn)移過(guò)程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移介質(zhì)PMMA殘留時(shí)，表現(xiàn)出極易清潔的優(yōu)點(diǎn)。 此外，為了凸顯超平整石墨烯薄膜的優(yōu)點(diǎn)，即大尺寸和高品質(zhì)，研究人員還進(jìn)行了不同線寬下的石墨烯量子霍爾效應(yīng)的測(cè)量，線寬分別為2μm、20μm、100μm、500μm。此前，有礙于大尺寸石墨烯樣品的均勻性，石墨烯量子霍爾效應(yīng)出現(xiàn)的最大線寬為50μm，而生長(zhǎng)出來(lái)的超平整石墨烯薄膜，量子霍爾效應(yīng)出現(xiàn)的閾值條件，和1μm線寬時(shí)測(cè)量的本征石墨烯幾乎相當(dāng)。更重要的是，對(duì)于不同線寬測(cè)量，他們的平臺(tái)出現(xiàn)閾值幾乎不變�！斑@表明只有消除褶皺，才能在最大程度上實(shí)現(xiàn)大尺寸石墨烯的均質(zhì)化、高品質(zhì)�！备吡Σū硎�，質(zhì)子輔助的CVD方法不僅能夠盡可能維持石墨烯的固有性質(zhì)，還將對(duì)今后制備其他種類的納米材料具有普適性。（來(lái)源：光明網(wǎng)） 關(guān)鍵詞： 石墨烯薄膜
|
最新評(píng)論
-
torres82 2020-01-10 22:42我國(guó)科學(xué)家成功研制超平整石墨烯薄膜
-
mam07 2020-01-10 23:28石墨烯薄膜 厲害~
-
likaihit 2020-01-11 00:05真牛逼啊
-
redplum 2020-01-11 00:06科學(xué)家成功研制超平整石墨烯薄膜
-
bairuizheng 2020-01-11 02:01質(zhì)子在穿透石墨烯后，有一定概率會(huì)再次與電子組合成氫。
-
mang2004 2020-01-11 02:44Proton-assisted growth of ultra-flat graphene films
Nature volume 577, pages204–208(2020)
Abstract:
Graphene films grown by chemical vapour deposition have unusual physical and chemical properties that offer promise for applications such as flexible electronics and high-frequency transistors. However, wrinkles invariably form during growth because of the strong coupling to the substrate, and these limit the large-scale homogeneity of the film. Here we develop a proton-assisted method of chemical vapour deposition to grow ultra-flat graphene films that are wrinkle-free. Our method of proton penetration and recombination to form hydrogen can also reduce the wrinkles formed during traditional chemical vapour deposition of graphene. Some of the wrinkles disappear entirely, owing to the decoupling of van der Waals interactions and possibly an increase in distance from the growth surface. The electronic band structure of the as-grown graphene films shows a V-shaped Dirac cone and a linear dispersion relation within the atomic plane or across an atomic step, confirming the decoupling from the substrate. The ultra-flat nature of the graphene films ensures that their surfaces are easy to clean after a wet transfer process. A robust quantum Hall effect appears even at room temperature in a device with a linewidth of 100 micrometres. Graphene films grown by proton-assisted chemical vapour deposition should largely retain their intrinsic performance, and our method should be easily generalizable to other nanomaterials for strain and doping engineering.
-
tassy 2020-01-11 03:56成功研制超平整石墨烯薄膜
-
dushunli 2020-01-11 05:58石墨烯薄膜！
-
songyang1169 2020-01-11 08:02近日，由南京大學(xué)物理學(xué)院高力波教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜，協(xié)同學(xué)院四個(gè)青年學(xué)者團(tuán)隊(duì)，以“質(zhì)子輔助生長(zhǎng)超平整石墨烯薄膜”為題，在《自然》雜志上發(fā)表了將質(zhì)子輔助生長(zhǎng)用于高質(zhì)量石墨烯制備的研究成果。這項(xiàng)工作，不僅探索出了一種可控生長(zhǎng)超平整石墨烯薄膜的方法，更為重要的是，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了這種生長(zhǎng)方法的內(nèi)在機(jī)制，即質(zhì)子輔助，這種方法有望推廣到柔性電子學(xué)、高頻晶體管等更多重要的研究領(lǐng)域。
-
stoutman 2020-01-11 08:20”高力波表示，質(zhì)子輔助的CVD方法不僅能夠盡可能維持石墨烯的固有性質(zhì)，還將對(duì)今后制備其他種類的納米材料具有普適性。