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俄罗斯科学家发现石墨烯纳米带制造新方法

原作者: CHEN |来自: CHEN • 2021-01-12 11:52:19 来源:前瞻网



俄罗斯研究人员提出了一种合成高质量石墨烯纳米带的新方法,这种材料有望应用于柔性电子器件、太阳能电池、发光二极管、激光器等。


该研究已发表在《物理化学期刊C》(Journal of Physical Chemistry C)上。


研究人员表示,他们出了一种合成原子完美纳米带的替代方法。它不仅能在正常的真空和更便宜的镍衬底下工作,而且由于纳米带被制成多层薄膜,产量也会增加。重要的是,这些都不会影响材料的质量。

与目前使用的在贵金属衬底上自组装纳米带相比,这项研究采用的化学气相沉积方法成本更低,但产量更高。


硅基电子产品正在逐渐接近极限物理。而石墨烯(Graphene)有望突破这一极限。


然而,一旦将石墨烯切割成窄条带,只要边缘具有正确的几何形状并且没有结构缺陷,就会获得半导体特性。这种纳米带已经用于实验晶体管中,具有相当好的特性,这种材料的弹性意味着这种器件可以制成柔性。


获得石墨烯纳米带的一种更实际的方法不是通过切割石墨烯片或纳米管,而是通过一个原子一个原子地生长。这种方法被称为自下而上合成,与自上而下的合成不同,它产生了结构完美的纳米带。


目前占主导地位的自下而上合成方法,即自组装法,成本高且难以工业化生产,因此材料科学家正在寻找替代方法。


石墨烯纳米带有多种类型,俄罗斯科学家利用其化学气相沉积技术制造的纳米带有七个原子宽,因此得名7-A石墨烯纳米带。这种类型的纳米带具有对电子学有价值的半导体特性。


这种合成是在标准大气压的百万分之一的气密玻璃管中进行的,这仍然比纳米带自组装通常需要的超高真空高10000倍。最初使用的试剂是一种含有碳、氢和溴的固体物质。


将其与镍箔一起放入试管中,在1000摄氏度下进行预退火,以去除氧化膜。然后,将带有上述固体物质的玻璃管分两个阶段(190°C和380°C)热处理数小时。


第一次加热导致长聚合物分子的形成,在第二个阶段,它们转变成原子级精确结构的纳米带,紧密堆积成厚度达1000纳米的薄膜。


获得薄膜后,研究人员将它们悬浮在溶液中,并将其暴露在超声波下,将多层“叠层”分解成一个原子厚的碳纳米带。所用溶剂为氯苯和甲苯。之前的实验表明,这些化学物质最适合以稳定的方式悬浮纳米带,防止聚集回到叠层中并出现结构缺陷。


由于用于制造无缺陷多层7-A碳纳米带的新合成技术相对便宜且易于扩大生产,因此将这种材料引入电子和光学器件的大规模生产是向前迈出的重要一步,最终将大大优于目前存在的材料。


编译/前瞻经济学人APP资讯组


原文链接:

https://phys.org/news/2021-01-material-future-electronics-method-graphene.html

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c07369

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