化學(xué)氣相沉積法制備高質(zhì)量石墨烯

2013-04-02 劉云圻 中國科學(xué)院化學(xué)研究所

化學(xué)氣相沉積法制備高質(zhì)量石墨烯

劉云圻

中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京100190

　　石墨烯，作為一種完美的二維晶體因其獨特的結構引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。2010 年，諾貝爾物理學(xué)獎授予了石墨烯的兩位發(fā)現者：K. S. Novoselov 和A. K. Geim，以表彰他們在石墨烯發(fā)現方面做出的巨大貢獻。在眾多的石墨烯制備方法中，化學(xué)氣相沉積法(CVD)由于成本低、可控性好、可大規模制備等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)掀起了對其的研究熱潮（其他制備方法參考：六種石墨烯的制備方法介紹）。

　　我們利用液態(tài)銅的良好流動(dòng)性及均勻性等特點(diǎn)消除了所得石墨烯的晶界，制備出了高質(zhì)量大面積的單層石墨烯薄膜[1]。通過(guò)控制生長(cháng)參數及實(shí)驗溫度等條件，制備了規則排布的六角石墨烯片，單個(gè)規則六角石墨烯可以達到100 微米以上。

　　我們采用含氮分子吡啶作為碳氮源，利用吡啶分子在銅箔表面的催化脫氫自組裝，可以將氮摻雜石墨烯的生長(cháng)溫度降低到300℃[2]。制備的高含氮量摻雜石墨烯具有四邊形形貌特征，呈現陣列型排列，且具備高質(zhì)量的單晶結構。

　　制備了基于石墨烯電極的高性能的單分子層和多層p 型并五苯和n 型苝酰亞胺場(chǎng)效應晶體管，定量分析了第一分子層在有機場(chǎng)效應晶體管中的作用，獲得了有關(guān)擴散動(dòng)力學(xué)和薄膜形貌隨著(zhù)襯底溫度變化的關(guān)系，發(fā)現了第一分子層對薄膜生長(cháng)以及電荷傳輸的重要影響[3]。

　　制備了多層石墨烯導電AFM 針尖，并構建了具有極小的電阻差異性的烷基硫醇分子結;解決了傳統的金導電AFM 針尖引起的金屬電極/有機分子界面處的接觸效應;證明了多層石墨烯導電AFM 針尖具有良好的連續操作性，耐磨性，以及空氣穩定性[4]。

參考文獻:

　　[1] Dechao Geng, Bin Wu, Yunlong Guo, Liping Huang, Yunzhou Xue, Jianyi Chen,Gui Yu, Lang Jiang, Wenping Hu, Yunqi Liu, Proc. Natl. Acad. Sci., 2012, 109(21), 7992–7996.
　　[2] Yunzhou Xue, Bin Wu, Lang Jiang, Yunlong Guo, Liping Huang, Jianyi Chen,Jiahui Tan, Dechao Geng, Birong Luo, Wenping Hu, Gui Yu, and Yunqi Liu, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134(27), 11060–11063.
　　[3] Yugeng Wen, Jianyi Chen, Lei Zhang, Xiangnan Sun, Yan Zhao, Yunlong Guo, Gui Yu, and Yunqi Liu, Adv. Mater., 2012, 24(11), 1471-1475.
　　[4] Yugeng Wen, Jianyi Chen, Yunlong Guo, Bin Wu, Gui Yu, and Yunqi Liu, Adv. Mater., 2012, 24(26), 3482–3485.