認 證：工商信息已核實
訪問量：1193964
上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 2020-07-14 點擊1036次
日前,，由南京大學物理學院高力波教授團隊領(lǐng)銜，協(xié)同學院四個青年學者團隊,，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，該團隊還發(fā)現(xiàn)了這種生長方法的內(nèi)在機制，即質(zhì)子輔助,，這種方法有望推廣到柔性電子學,、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)生強耦合作用,，使得石墨烯在生長過程中會形成褶皺。這一現(xiàn)象嚴重限制了大尺度均一薄膜的制備,，阻礙著二維材料的進一步發(fā)展應用,。
“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)跨越式提升的重點和難點?！备吡Σㄕf道,。研究團隊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)大量實驗的基礎(chǔ)上，高力波團隊發(fā)現(xiàn),，高比例的熱氫氣（H2）,，會在一定程度上，弱化石墨烯與生長基體之間的耦合作用。同時,，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比，驗證了所設(shè)想的模型,?！备吡Σń榻B，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，研究團隊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,，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,，表現(xiàn)出極易清潔的優(yōu)點,。此外，為了凸顯超平整石墨烯薄膜的優(yōu)點,，即大尺寸和高品質(zhì),，研究人員還進行了不同線寬下的石墨烯量子霍爾效應的測量，線寬分別為2μm,、20μm,、100μm、500μm,。