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宁波材料所在如何对石墨烯纳米片进行结构缺陷修补与缝合方面取得新进展
作者:,日期:2017-09-28

  石墨烯的制备与结构控制一直是石墨烯领域研究的重点,这对于其在相关领域的应用至关重要。其中,电化学剥离石墨是一种高效低成本合成石墨烯纳米片的有效方法。然而,该方法制备的石墨烯会存在大量的结构缺陷与官能团,结构的不完美导致其电学性质较低,从而受限其在电子器件领域的应用。因此,如何对电化学剥离得到的石墨烯纳米片进行结构缺陷修补,提升其基本的电学性质,是石墨烯纳米片现阶段研究的重要挑战之一。

  最近,中国科学院宁波材料技术与工程研究所表面事业部功能碳素材料团队与合作者采用一种退火工艺,实现了对石墨烯纳米片的结构缺陷修复与片间的缝合生长,基于此可以在绝缘基板上直接制备高质量的石墨烯薄膜。研究人员介绍了一种简单的、快速的退火处理方法,通过使用金属镍膜对独立的石墨烯纳米片进行结构缺陷修复,同时可以在纳米片边缘的部分新生长出石墨烯(图1)。该方法可以直接在绝缘基板上预先构建石墨烯纳米片图形,退火处理后实现图案化的高质量连续的石墨烯。

 

绝缘基板上高质量石墨烯的制备过程

 

  在该实验方法中,独立的石墨烯纳米片可以作为成核区域,高温过程中其自身局部的含碳团簇作为碳源通过镍膜催化,在石墨烯纳米片非饱和边缘处生长;同时,石墨烯纳米片的结构缺陷还可以被其进行修补,从而提高其整体的晶体结构质量和电学性能。退火后,石墨烯纳米片拉曼光谱可以显示出其结构缺陷峰基本消失,同时整体石墨烯的载流子迁移率可以超过1000 cm2 V1 s1,是该方法在铜膜催化作用石墨烯纳米片的10倍,是直接高温退火处理石墨烯纳米片的近100倍(图2)。

 

图2 石墨烯纳米片的结构缺陷修补与相关性能表征

 

  这项研究实现了一种对石墨烯纳米片进行结构缺陷修补与缝合成膜的有效方法,并可以直接在绝缘基板制备实现图案化制备石墨烯,相关方法有助于石墨烯纳米片在电子和光电器件领域的应用。目前,相关工作已发表在Chemistry of Materials (2017, DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b02348) 上。该研究工作获得国家“青年千人计划”和中科院“百人计划”、国家自然科学基金(51573201)、浙江省公益技术应用研究计划(2016C31026)以及3315创新团队项目、中科院装备(YZ201640)、浙江省基金(LQ15E020002)以及宁波市国际合作(2017D10016)的资助。

  

  (表面事业部/孙洪岩)