化学气相沉积法制备高质量石墨烯

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国科学院化学研究所 作者:刘云圻

化学气相沉积法制备高质量石墨烯

刘云圻

中国科学院化学研究所,北京100190

  石墨烯,作为一种完美的二维晶体因其独特的结构引起了科学界的广泛关注。2010 年,诺贝尔物理学奖授予了石墨烯的两位发现者:K. S. Novoselov 和A. K. Geim,以表彰他们在石墨烯发现方面做出的巨大贡献。在众多的石墨烯制备方法中,化学气相沉积法(CVD)由于成本低、可控性好、可大规模制备等优点近年来掀起了对其的研究热潮(其他制备方法参考:六种石墨烯的制备方法介绍)。

  我们利用液态铜的良好流动性及均匀性等特点消除了所得石墨烯的晶界,制备出了高质量大面积的单层石墨烯薄膜[1]。通过控制生长参数及实验温度等条件,制备了规则排布的六角石墨烯片,单个规则六角石墨烯可以达到100 微米以上。

  我们采用含氮分子吡啶作为碳氮源,利用吡啶分子在铜箔表面的催化脱氢自组装,可以将氮掺杂石墨烯的生长温度降低到300℃[2]。制备的高含氮量掺杂石墨烯具有四边形形貌特征,呈现阵列型排列,且具备高质量的单晶结构。

  制备了基于石墨烯电极的高性能的单分子层和多层p 型并五苯和n 型苝酰亚胺场效应晶体管,定量分析了第一分子层在有机场效应晶体管中的作用,获得了有关扩散动力学和薄膜形貌随着衬底温度变化的关系,发现了第一分子层对薄膜生长以及电荷传输的重要影响[3]

  制备了多层石墨烯导电AFM 针尖,并构建了具有极小的电阻差异性的烷基硫醇分子结;解决了传统的金导电AFM 针尖引起的金属电极/有机分子界面处的接触效应;证明了多层石墨烯导电AFM 针尖具有良好的连续操作性,耐磨性,以及空气稳定性[4]

参考文献:

  [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.

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