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                中国迷信家乐成研制超平整石墨烯薄膜
                黑暗日报 苏雁 吴煜昊 / 工夫:2020-01-10 14:24:18

                迷信网1月10日讯:克日,由南京大学物理学院高力波传授团队领衔,协同窗院四个青年学者团队,以“质子辅佐生长超平整石墨烯薄膜”为题,在《天然》杂志上宣布了将质子辅佐生长用于高质量石墨烯制备的研讨效果。这项任务,不只探究出了一种可控生长超平整石墨烯薄膜的办法,更为紧张的是,该团队还发明了这种生长办法的内涵机制,即质子辅佐,这种办法无望推行到柔性电子学、高频晶体管等更多紧张的研讨范畴。

                据悉,该效果所触及的化学气相堆积办法(CVD)生长石墨烯,是现在制备大面积、高质量单晶晶粒或许薄膜的最次要办法。但是,由于石墨烯与基质资料可以发生强耦协作用,使得石墨烯在生长进程中会构成褶皱。这一景象严峻限定了大标准均一薄膜的制备,障碍着二维资料的进一步开展使用。

                “CVD石墨烯中的褶皱是影响其物性的紧张瓶颈。”高力波通知记者,CVD石墨烯中的褶皱,泉源于石墨烯与生长基体的热胀率差别,石墨烯生善于铜或许铂等生长基体,生长温度多在600度以上,生长完成后降至室温便惹起石墨烯的褶皱。褶皱的存在,会影响石墨烯的优秀特性,但是,终究在多大水平上可以影响其功能,并没有完好的比照数据。“怎样彻底地消弭褶皱,并制备出超平整的石墨烯薄膜,逐步成为其质量超过式提拔的重点和难点。”高力波说道。

                研讨团队实验过多种消弭褶皱的办法,但结果都不尽善尽美,仅剩下削弱石墨烯与生长基体之间耦协作用的独一途径。在总结少量实行的根底上,高力波团队发明,高比例的热氢气(H2),会在肯定水平上,弱化石墨烯与生长基体之间的耦协作用。同时,研讨职员经过实际模仿发明,处在石墨烯与铜基体之间的氢,在大浓度、低温的条件下,可以起到削弱二者耦合的作用。在热氢气的组分中,质子和电子可以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,有肯定概率会再次与电子组分解氢。

                “课题组经过氢气、氘气(D2)、氦气(He)等离子体的作用结果比照,验证了所想象的模子。”高力波引见,添加质子密度,成为削弱二者耦协作用的要害途径。有鉴于此,研讨团队接纳氢气等离子体处置褶皱化的石墨烯薄膜,并辅以低温,逐渐削弱并消弭石墨烯褶皱。假如在生长石墨烯的同时,引入氢气等离子体,则生长出来的石墨烯完全无褶皱。

                为了全方位表征无褶皱化的石墨烯薄膜,经过多种物性丈量,包罗扫描隧道显微镜(STM)观察摩尔条纹和扫描隧道谱(STS)、角辨别光电子能谱(ARPES)直观观察石墨烯与铜基体的耦协作用变革、变温拉曼光谱表征热涨率差别等,都标明了这种超平整的石墨烯薄膜,处于与生长基体脱耦合、无掺杂的形态。由于石墨烯薄膜的超平整特性,因而在肃清石墨烯外表其他物质,尤其是石墨烯转移进程中发生的转移介质PMMA残留时,体现出极易干净的长处。

                别的,为了凸显超平整石墨烯薄膜的长处,即大尺寸和高质量,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,线宽辨别为2μm、20μm、100μm、500μm。此前,有碍于大尺寸石墨烯样品的平均性,石墨烯量子霍尔效应呈现的最大线宽为50μm,而生长出来的超平整石墨烯薄膜,量子霍尔效应呈现的阈值条件,和1μm线宽时丈量的本征石墨烯简直相称。更紧张的是,关于差别线宽丈量,他们的平台呈现阈值简直稳定。“这标明只要消弭褶皱,才干在最大水平上完成大尺寸石墨烯的均质化、高质量。”高力波表现,质子辅佐的CVD办法不只可以尽能够维持石墨烯的固有性子,还将对以后制备其他品种的纳米资料具有普适性。