如何對石墨烯納米片進行結構缺陷修補與縫合？

最新 09-26

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石墨烯的製備與結構控制一直是石墨烯領域研究的重點，這對於其在相關領域的應用至關重要。其中，電化學剝離石墨是一種高效低成本合成石墨烯納米片的有效方法。然而，該方法製備的石墨烯會存在大量的結構缺陷與官能團，結構的不完美導致其電學性質較低，從而受限其在電子器件領域的應用。因此，如何對電化學剝離得到的石墨烯納米片進行結構缺陷修補，提升其基本的電學性質，是石墨烯納米片現階段研究的重要挑戰之一。

最近，中國科學院寧波材料技術與工程研究所的林正得研究員課題組與合作者採用一種退火工藝，實現了對石墨烯納米片的結構缺陷修復與片間的縫合生長，基於此可以在絕緣基板上直接製備高質量的石墨烯薄膜。研究人員介紹了一種簡單的、快速的退火處理方法，通過使用金屬鎳膜對獨立的石墨烯納米片進行結構缺陷修復，同時可以在納米片邊緣的部分新生長出石墨烯（圖1）。該方法可以直接在絕緣基板上預先構建石墨烯納米片圖形，退火處理後實現圖案化的高質量連續的石墨烯。

圖1. 絕緣基板上高質量石墨烯的製備過程

在該實驗方法中，獨立的石墨烯納米片可以作為成核區域，高溫過程中其自身局部的含碳團簇作為碳源通過鎳膜催化，在石墨烯納米片非飽和邊緣處生長；同時，石墨烯納米片的結構缺陷還可以被其進行修補，從而提高其整體的晶體結構質量和電學性能。退火後，石墨烯納米片拉曼光譜可以顯示出其結構缺陷峰基本消失，同時整體石墨烯的載流子遷移率可以超過1000 cm2V?1s?1，是該方法在銅膜催化作用石墨烯納米片的10倍，是直接高溫退火處理石墨烯納米片的近100倍（圖2）。

圖2. 石墨烯納米片的結構缺陷修補與相關性能表徵

這研究實現了一種對石墨烯納米片進行結構缺陷修補與縫合成膜的有效方法，並可以直接在絕緣基板製備實現圖案化製備石墨烯，相關方法有助於石墨烯納米片在電子和光電器件領域的應用。這一成果近期發表在Chemistry of Materials上，文章的第一作者是中國科學院寧波材料技術與工程研究所的博士研究生孫洪岩，共同通訊作者為林正得研究員、李昕明博士和陳鼎教授。

該論文作者為：Hongyan Sun, Xinming Li, Yuanchang Li, Guoxin Chen, Zhiduo Liu, Fakhr E. Alam, Dan Dai, Li Li, Li Tao, Jian-Bin Xu, Ying Fang, Xuesong Li, Pei Zhao, Nan Jiang, Ding Chen, Cheng-Te Lin

High-Quality Monolithic Graphene Films via Laterally Stitched Growth and Structural Repair of Isolated Flakes for Transparent Electronics

Chem. Mater.,2017, DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b02348

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林正得

http://www.x-mol.com/university/faculty/23010

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