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新型碳材料石墨烯可控制备方面取得进展

本文摘要:近年来,石墨烯作为一种新型的碳材料,因其许多独有出色的性质引发了人们的普遍注目和很大兴趣。石墨烯的可掌控补是积极开展石墨烯基础研究和应用于研发的前提,是目前亟待解决的根本性科学问题之一。在众多石墨烯的制取方法中,化学气相沉积法(CVD)因兼具高质量和宏量制取的优点已沦为石墨烯生长的最重要方法之一。

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近年来,石墨烯作为一种新型的碳材料,因其许多独有出色的性质引发了人们的普遍注目和很大兴趣。石墨烯的可掌控补是积极开展石墨烯基础研究和应用于研发的前提,是目前亟待解决的根本性科学问题之一。在众多石墨烯的制取方法中,化学气相沉积法(CVD)因兼具高质量和宏量制取的优点已沦为石墨烯生长的最重要方法之一。

  最近,中国科学院化学研究所有机液体重点实验室与北京大学、北京师范大学和清华大学的涉及科研人员利用CVD方法在高质量石墨烯的可掌控补方面获得最重要系列进展,有关研究结果公开发表在Adv.Mater.及Adv.Funct.Mater.上。  级次结构石墨烯的叠层生长:使用CVD方法,以液态铜为催化剂,以甲烷为碳源,通过调控Ar和H2流速的比例,取得了一系列具备三维结构的石墨烯复合体(图1左)。该复合体具备高度六重对称性,并且具备显著的级次层叠结构。

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该工作首次将石墨烯的三维生长和形貌调控与非均衡体系下动力学调控有机融合,原理上可推展到其他二维原子晶体材料。另外,该级次结构的石墨烯复合体具备各向异性的电学性能。涉及研究结果公开发表在《先进设备材料》上(Adv.Mater.2014,26,3218.),并被选为内封底(图1右)。

  单晶石墨烯阵列的制取:使用CVD方法,通过调节CH4和H2流速的比例构建了大面积六角单晶石墨烯阵列的可掌控补(图2左),优化生长条件可有效地调控单晶石墨烯阵列的密度和尺寸,该种不道德与高温下液态铜催化剂的表面流动性密切相关。此外,基于单晶石墨烯的场效应器晶体管件表明了较好的电学性能,为石墨烯的大规模应用于奠下了基础。大面积自装配排序的单晶石墨烯阵列将增进大规模、高质量石墨烯制取领域的发展,并未来将会在石墨烯未来的器件应用于中充分发挥最重要的起到。

该研究结果公开发表在《先进设备功能材料》上(Adv.Funct.Mater.2014,24,1664.),并被选为封面文章(图2右)。  单晶十二角石墨烯的高效率生长:使用CVD方法,首次构建了十二角石墨烯的高效率生长(图3左)。系统的密切相关手段证实了该类石墨烯的单层单晶特征。

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对于十二角石墨烯在液态铜上的生长机制,基于实验结果明确提出了边界扩散控制的生长模型。精细的分析表明,十二角石墨烯的边界类型呈现出锯齿型和扶手椅型交错排序,这种类似的边界结构不利于更进一步研究石墨烯的磁矩等特性。作为一种新型的单晶石墨烯形貌,十二角石墨烯的经常出现为石墨烯形貌大家族加添了新的一员,同时也为深入研究石墨烯的生长机制获取了较好的对象和基础,其类似的边界结构类型也不利于研究石墨烯电学和磁学性能。

该研究结果公开发表在《先进设备材料》上(Adv.Mater.2014,26,6423),并被选为内封底(图3右)。


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