新方法培育石墨烯,大大减轻了过去一直困扰研究人员的问题,开辟出一条道路,使结晶形态的石墨可用于明天的精密电子设备。
橡树岭国家实验室(ORNL:Oak Ridge National Laboratory)能源部研究人员的结果证明,氢而不是碳,可以决定石墨烯晶粒的形状和大小,这种说法来自一个小组,小组领导是橡树岭国家实验室的伊万•乌拉修克(Ivan Vlassiouk),他是尤金•魏格纳研究员(Eugene Wigner Fellow),还有谢尔盖•斯米尔诺夫(Sergei Smirnov),他是新墨西哥州立大学(New Mexico State University)化学教授。这项研究发表在美国化学学会(ACS)《纳米》(Nano)杂志上。
“氢不仅诱发石墨烯的生长,而且控制石墨的形状和大小,”乌拉修克说。“在我们的论文中,我们描述了一种方法,可以培育精心设计的石墨烯晶粒,具有完美的六角形状,形成无缺陷的单晶结构。”
在过去的两年中,石墨烯的培育需要分解含碳气体,如甲烷,要采用铜箔在高温下进行,也就是所谓的化学气相沉积法(chemical vapor deposition)。很少有人知道具体过程,但研究人员知道,他们必须更好地理解培育机制,才可以生产出高品质的石墨烯薄膜。
到现在为止,培育出的石墨烯薄膜包含不规则形状的石墨烯晶粒,而且大小不同,通常都不会是单晶。
乌拉修克说,“我们已经表明,令人惊讶的是,并不是只有碳源和基板才可以左右石墨烯颗粒的生长速度、形状和尺寸。“我们发现,氢原来被认为起着较为被动的作用,实际上对于石墨烯的生长很关键,它有助于活化吸附的分子,诱发石墨烯生长,也有助于消除晶粒边缘的弱键,控制石墨烯的质量。”
采用他们的新配方,乌拉修克和同事们发明了一种方法,能够可靠地合成石墨烯,可以大规模进行。事实上,他们的技术可以控制晶粒尺寸和边界,结果就会改善这种材料的功能,用于晶体管、半导体和几百种电子设备。
这项研究的影响是巨大的,据乌拉修克说,“我们的研究结果是至关重要的,可以开发一种方法,用于培育超大尺寸的单畴石墨烯(single domain graphene),这将构成一个重大突破,使石墨烯用于现实世界中的设备。”
用氢培育 高质量石墨烯
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