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| 中科院化學(xué)所在石墨烯的可控制備方面取得系列進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-01-13 09:44:43 瀏覽次數： |
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 （中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）近年來(lái)，石墨烯作為一種新型的碳材料，因其許多獨特優(yōu)異的性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注和極大興趣。石墨烯的可控制備是開(kāi)展石墨烯基礎研究和應用開(kāi)發(fā)的前提，是目前亟待解決的重大科學(xué)問(wèn)題之一。在眾多石墨烯的制備方法中，化學(xué)氣相沉積法（CVD）因兼有高質(zhì)量和宏量制備的優(yōu)點(diǎn)已成為石墨烯生長(cháng)的最重要方法之一。
最近，中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機固體重點(diǎn)實(shí)驗室與北京大學(xué)、北京師范大學(xué)和清華大學(xué)的相關(guān)科研人員利用CVD方法在高質(zhì)量石墨烯的可控制備方面取得重要系列進(jìn)展，有關(guān)研究結果發(fā)表在Adv. Mater.及Adv. Funct. Mater.上。
級次結構石墨烯的疊層生長(cháng)：采用CVD方法，以液態(tài)銅為催化劑，以甲烷為碳源，通過(guò)調控Ar和H2流速的比例，獲得了一系列具有三維結構的石墨烯復合體(圖1左)。該復合體具有高度六重對稱(chēng)性，并且具有明顯的級次層疊結構。該工作首次將石墨烯的三維生長(cháng)和形貌調控與非平衡體系下動(dòng)力學(xué)調控有機結合，原理上可推廣到其他二維原子晶體材料。另外，該級次結構的石墨烯復合體具有各向異性的電學(xué)性能。相關(guān)研究結果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上(Adv. Mater. 2014, 26, 3218.), 并被選為內封底（圖1右）。
單晶石墨烯陣列的制備：采用CVD方法，通過(guò)調節CH4和H2流速的比例實(shí)現了大面積六角單晶石墨烯陣列的可控制備（圖2左），優(yōu)化生長(cháng)條件可有效調控單晶石墨烯陣列的密度和尺寸，該種行為與高溫下液態(tài)銅催化劑的表面流動(dòng)性密切相關(guān)。此外，基于單晶石墨烯的場(chǎng)效應器晶體管件顯示了良好的電學(xué)性能，為石墨烯的大規模應用奠定了基礎。大面積自組裝排列的單晶石墨烯陣列將促進(jìn)大規模、高質(zhì)量石墨烯制備領(lǐng)域的發(fā)展，并有望在石墨烯未來(lái)的器件應用中發(fā)揮重要的作用。該研究結果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上(Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 1664.),并被選為封面文章（圖2右）。
單晶十二角石墨烯的可控生長(cháng)：采用CVD方法，首次實(shí)現了十二角石墨烯的可控生長(cháng)（圖3左）。系統的表征手段證實(shí)了該類(lèi)石墨烯的單層單晶特征。對于十二角石墨烯在液態(tài)銅上的生長(cháng)機制，基于實(shí)驗結果提出了邊界擴散控制的生長(cháng)模型。細致的分析表明，十二角石墨烯的邊界類(lèi)型呈現鋸齒型和扶手椅型交替排列，這種特殊的邊界結構有利于進(jìn)一步研究石墨烯的自旋等特性。作為一種新型的單晶石墨烯形貌，十二角石墨烯的出現為石墨烯形貌大家族增添了新的一員，同時(shí)也為深入研究石墨烯的生長(cháng)機制提供了良好的對象和基礎，其特殊的邊界結構類(lèi)型也有利于研究石墨烯電學(xué)和磁學(xué)性能。該研究結果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上(Adv. Mater. 2014, 26, 6423), 并被選為內封底。
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