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我国科学家成功研制超平整石墨烯薄膜 据悉，该成果所涉及的化学气相沉积方法（CVD）生长石墨烯，是目前制备大面积、高品质单晶晶粒或者薄膜的最主要方法。然而，由于石墨烯与基质材料能够产生强耦合作用，使得石墨烯在生长过程中会形成褶皱。这一现象严重限制了大尺度均一薄膜的制备，阻碍着二维材料的进一步发展应用。 “CVD石墨烯中的褶皱是影响其物性的重要瓶颈。”高力波告诉记者，CVD石墨烯中的褶皱，来源于石墨烯与生长基体的热胀率差异，石墨烯生长于铜或者铂等生长基体，生长温度多在600度以上，生长完成后降至室温便引起石墨烯的褶皱。褶皱的存在，会影响石墨烯的优良特性，然而，究竟在多大程度上能够影响其性能，并没有完整的对比数据。“如何彻底地消除褶皱，并制备出超平整的石墨烯薄膜，逐渐成为其品质跨越式提升的重点和难点。”高力波说道。 研究团队尝试过多种消除褶皱的方法，但效果都不尽如人意，仅剩下减弱石墨烯与生长基体之间耦合作用的唯一途径。在总结大量实验的基础上，高力波团队发现，高比例的热氢气（H2），会在一定程度上，弱化石墨烯与生长基体之间的耦合作用。同时，研究人员通过理论模拟发现，处在石墨烯与铜基体之间的氢，在大浓度、高温的条件下，可以起到减弱二者耦合的作用。在热氢气的组分中，质子和电子可以自由穿梭于石墨烯的蜂窝状晶格。因此，研究人员推测，质子在穿透石墨烯后，有一定概率会再次与电子组合成氢。 “课题组通过氢气、氘气（D2）、氦气（He）等离子体的作用效果对比，验证了所设想的模型。”高力波介绍，增加质子密度，成为减弱二者耦合作用的关键途径。有鉴于此，研究团队采用氢气等离子体处理褶皱化的石墨烯薄膜，并辅以高温，逐步减弱并消除石墨烯褶皱。如果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，通过多种物性测量，包括扫描隧道显微镜（STM）观测摩尔条纹和扫描隧道谱（STS）、角分辨光电子能谱（ARPES）直观观测石墨烯与铜基体的耦合作用变化、变温拉曼光谱表征热涨率差异等，都表明了这种超平整的石墨烯薄膜，处于与生长基体脱耦合、无掺杂的状态。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质，尤其是石墨烯转移过程中产生的转移介质PMMA残留时，表现出极易清洁的优点。 此外，为了凸显超平整石墨烯薄膜的优点，即大尺寸和高品质，研究人员还进行了不同线宽下的石墨烯量子霍尔效应的测量，线宽分别为2μm、20μm、100μm、500μm。此前，有碍于大尺寸石墨烯样品的均匀性，石墨烯量子霍尔效应出现的最大线宽为50μm，而生长出来的超平整石墨烯薄膜，量子霍尔效应出现的阈值条件，和1μm线宽时测量的本征石墨烯几乎相当。更重要的是，对于不同线宽测量，他们的平台出现阈值几乎不变。“这表明只有消除褶皱，才能在最大程度上实现大尺寸石墨烯的均质化、高品质。”高力波表示，质子辅助的CVD方法不仅能够尽可能维持石墨烯的固有性质，还将对今后制备其他种类的纳米材料具有普适性。（来源：光明网） 关键词： 石墨烯薄膜
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最新评论
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torres82 2020-01-10 22:42我国科学家成功研制超平整石墨烯薄膜
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mam07 2020-01-10 23:28石墨烯薄膜 厉害~
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likaihit 2020-01-11 00:05真牛逼啊
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redplum 2020-01-11 00:06科学家成功研制超平整石墨烯薄膜
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bairuizheng 2020-01-11 02:01质子在穿透石墨烯后，有一定概率会再次与电子组合成氢。
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mang2004 2020-01-11 02:44Proton-assisted growth of ultra-flat graphene films
Nature volume 577, pages204–208(2020)
Abstract:
Graphene films grown by chemical vapour deposition have unusual physical and chemical properties that offer promise for applications such as flexible electronics and high-frequency transistors. However, wrinkles invariably form during growth because of the strong coupling to the substrate, and these limit the large-scale homogeneity of the film. Here we develop a proton-assisted method of chemical vapour deposition to grow ultra-flat graphene films that are wrinkle-free. Our method of proton penetration and recombination to form hydrogen can also reduce the wrinkles formed during traditional chemical vapour deposition of graphene. Some of the wrinkles disappear entirely, owing to the decoupling of van der Waals interactions and possibly an increase in distance from the growth surface. The electronic band structure of the as-grown graphene films shows a V-shaped Dirac cone and a linear dispersion relation within the atomic plane or across an atomic step, confirming the decoupling from the substrate. The ultra-flat nature of the graphene films ensures that their surfaces are easy to clean after a wet transfer process. A robust quantum Hall effect appears even at room temperature in a device with a linewidth of 100 micrometres. Graphene films grown by proton-assisted chemical vapour deposition should largely retain their intrinsic performance, and our method should be easily generalizable to other nanomaterials for strain and doping engineering.
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tassy 2020-01-11 03:56成功研制超平整石墨烯薄膜
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dushunli 2020-01-11 05:58石墨烯薄膜！
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songyang1169 2020-01-11 08:02近日，由南京大学物理学院高力波教授团队领衔，协同学院四个青年学者团队，以“质子辅助生长超平整石墨烯薄膜”为题，在《自然》杂志上发表了将质子辅助生长用于高质量石墨烯制备的研究成果。这项工作，不仅探索出了一种可控生长超平整石墨烯薄膜的方法，更为重要的是，该团队还发现了这种生长方法的内在机制，即质子辅助，这种方法有望推广到柔性电子学、高频晶体管等更多重要的研究领域。
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stoutman 2020-01-11 08:20”高力波表示，质子辅助的CVD方法不仅能够尽可能维持石墨烯的固有性质，还将对今后制备其他种类的纳米材料具有普适性。