我迷信家胜利研制超平坦石墨烯薄膜

日期:2020-01-10 10:51    作者:admin   

  光亮日报记者 苏雁 光亮日报通信员 吴煜昊

  克日,由南京年夜学物理学院高力波教学团队领衔,协同窗院四个青年学者团队,以“质子帮助成长超平坦石墨烯薄膜”为题,在《天然》杂志上宣布了将质子帮助成长用于高品质石墨烯制备的研讨结果。这项任务,不只摸索出了一种可控成长超平坦石墨烯薄膜的方式,更为主要的是,该团队还发明了这种成长方式的内涵机制,即质子帮助,这种方式无望推广到柔性电子学、高频晶体管等更多主要的研讨范畴。

  据悉,该结果所波及的化学气相堆积方式(CVD)成长石墨烯,是现在制备年夜面积、高品德单晶晶粒或许薄膜的最重要方式。但是,因为石墨烯与基质资料可能发生强耦配合用,使得石墨烯在成长进程中会构成褶皱。这一景象重大限度了年夜标准均一薄膜的制备,妨碍着二维资料的进一步开展利用。

  “CVD石墨烯中的褶皱是影响其物性的主要瓶颈。”高力波告知记者,CVD石墨烯中的褶皱,起源于石墨烯与成长基体的热胀率差别,石墨烯成长于铜或许铂等成长基体,成长温度多在600度以上,成长实现后降至室温便惹起石墨烯的褶皱。褶皱的存在,会影响石墨烯的精良特征,但是,毕竟在多年夜水平上可能影响其机能,并不完全的对照数据。“怎样彻底地打消褶皱,并制备出超平坦的石墨烯薄膜,逐步成为其品德逾越式晋升的重点跟难点。”高力波说道。

  研讨团队实验过多种打消褶皱的方式,但后果都不尽善尽美,仅剩下削弱石墨烯与成长基体之间耦配合用的独一道路。在总结大批试验的基本上,高力波团队发明,高比例的热氢气(H2),会在必定水平上,弱化石墨烯与成长基体之间的耦配合用。同时,研讨职员经由过程实践模仿发明,处在石墨烯与铜基体之间的氢,在年夜浓度、低温的前提下,能够起到削弱二者耦合的感化。在热氢气的组分中,质子跟电子能够自在穿越于石墨烯的蜂窝状晶格。因而,研讨职员揣测,质子在穿透石墨烯后,有必定概率会再次与电子组分解氢。

  “课题组经由过程氢气、氘气(D2)、氦气(He)等离子体的感化后果对照,验证了所假想的模子。”高力波先容,增添质子密度,成为削弱二者耦配合用的要害道路。有鉴于此,研讨团队采取氢气等离子体处置褶皱化的石墨烯薄膜,并辅以低温,逐渐削弱并打消石墨烯褶皱。假如在成长石墨烯的同时,引入氢气等离子体,则成长出来的石墨烯完整无褶皱。

  为了全方位表征无褶皱化的石墨烯薄膜,经由过程多种物性丈量,包含扫描地道显微镜(STM)观察摩尔条纹跟扫描地道谱(STS)、角辨别光电子能谱(ARPES)直不雅观察石墨烯与铜基体的耦配合用变更、变温拉曼光谱表征热涨率差别等,都标明了这种超平坦的石墨烯薄膜,处于与成长基体脱耦合、无掺杂的状况。因为石墨烯薄膜的超平坦特征,因而在肃清石墨烯名义其余物资,尤其是石墨烯转移进程中发生的转移介质PMMA残留时,表示出极易干净的长处。

  别的,为了凸显超平坦石墨烯薄膜的长处,即年夜尺寸跟高品德,研讨职员还停止了差别线宽下的石墨烯量子霍尔效应的丈量,线宽分辨为2μm、20μm、100μm、500μm。此前,有碍于年夜尺寸石墨烯样品的平均性,石墨烯量子霍尔效应呈现的最年夜线宽为50μm,而成长出来的超平坦石墨烯薄膜,量子霍尔效应呈现的阈值前提,跟1μm线宽时丈量的本征石墨烯多少乎相称。更主要的是,对差别线宽丈量,他们的平台呈现阈值多少乎稳定。“这标明只有打消褶皱,才干在最年夜水平上实现年夜尺寸石墨烯的均质化、高品德。”高力波表现,质子帮助的CVD方式不只可能尽可能保持石墨烯的固有性子,还将对以后制备其余品种的纳米资料存在普适性。

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