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上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 2020-07-14 點(diǎn)擊939次
日前,，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,。
據(jù)悉,，該成果所涉及的化學(xué)氣相沉積方法（CVD）生長石墨烯，是目前制備大面積,、高品質(zhì)單晶晶?；蛘弑∧さ淖钪饕椒āＨ欢?，由于石墨烯與基質(zhì)材料能夠產(chǎn)生強(qiáng)耦合作用,，使得石墨烯在生長過程中會(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,，來源于石墨烯與生長基體的熱脹率差異,，石墨烯生長于銅或者鉑等生長基體，生長溫度多在600 度以上,，生長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，并沒有完整的對(duì)比數(shù)據(jù),。
“如何徹底地消除褶皺,，并制備出超平整的石墨烯薄膜，逐漸成為其品質(zhì)跨越式提升的重點(diǎn)和難點(diǎn),?！备吡Σㄕf道。研究團(tuán)隊(duì)嘗試過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，弱化石墨烯與生長基體之間的耦合作用,。同時(shí),，研究人員通過理論模擬發(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,，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,。”高力波介紹,，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,。如果在生長石墨烯的同時(shí),，引入氫氣等離子體，則生長出來的石墨烯完全無褶皺,。為了全方位表征無褶皺化的石墨烯薄膜,，通過多種物性測量，包括掃描隧道顯微鏡（STM）觀測摩爾條紋和掃描隧道譜（STS）,、角分辨光電子能譜（ARPES）直觀觀測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,，處于與生長基體脫耦合,、無摻雜的狀態(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)的測量,，線寬分別為2μm,、20μm、100μm,、500μm,。