《物理化學期刊C》:俄羅斯科學家發現石墨烯納米帶製造新方法

2021-01-13 前瞻網
《物理化學期刊C》：俄羅斯科學家發現石墨烯納米帶製造新方法
 CHEN • 2021-01-12 11:52:19　來源：前瞻網　E1146G0

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俄羅斯研究人員提出了一種合成高質量石墨烯納米帶的新方法，這種材料有望應用於柔性電子器件、太陽能電池、發光二極體、雷射器等。

該研究已發表在《物理化學期刊C》(Journal of Physical Chemistry C)上。

研究人員表示，他們出了一種合成原子完美納米帶的替代方法。它不僅能在正常的真空和更便宜的鎳襯底下工作，而且由於納米帶被製成多層薄膜，產量也會增加。重要的是，這些都不會影響材料的質量。

與目前使用的在貴金屬襯底上自組裝納米帶相比，這項研究採用的化學氣相沉積方法成本更低，但產量更高。

矽基電子產品正在逐漸接近極限物理。而石墨烯(Graphene)有望突破這一極限。

然而，一旦將石墨烯切割成窄條帶，只要邊緣具有正確的幾何形狀並且沒有結構缺陷，就會獲得半導體特性。這種納米帶已經用於實驗電晶體中，具有相當好的特性，這種材料的彈性意味著這種器件可以製成柔性。

獲得石墨烯納米帶的一種更實際的方法不是通過切割石墨烯片或納米管，而是通過一個原子一個原子地生長。這種方法被稱為自下而上合成，與自上而下的合成不同，它產生了結構完美的納米帶。

目前佔主導地位的自下而上合成方法，即自組裝法，成本高且難以工業化生產，因此材料科學家正在尋找替代方法。

石墨烯納米帶有多種類型，俄羅斯科學家利用其化學氣相沉積技術製造的納米帶有七個原子寬，因此得名7-A石墨烯納米帶。這種類型的納米帶具有對電子學有價值的半導體特性。

這種合成是在標準大氣壓的百萬分之一的氣密玻璃管中進行的，這仍然比納米帶自組裝通常需要的超高真空高10000倍。最初使用的試劑是一種含有碳、氫和溴的固體物質。

將其與鎳箔一起放入試管中，在1000攝氏度下進行預退火，以去除氧化膜。然後，將帶有上述固體物質的玻璃管分兩個階段(190°C和380°C)熱處理數小時。

第一次加熱導致長聚合物分子的形成，在第二個階段，它們轉變成原子級精確結構的納米帶，緊密堆積成厚度達1000納米的薄膜。

獲得薄膜後，研究人員將它們懸浮在溶液中，並將其暴露在超聲波下，將多層「疊層」分解成一個原子厚的碳納米帶。所用溶劑為氯苯和甲苯。之前的實驗表明，這些化學物質最適合以穩定的方式懸浮納米帶，防止聚集回到疊層中並出現結構缺陷。

由於用於製造無缺陷多層7-A碳納米帶的新合成技術相對便宜且易於擴大生產，因此將這種材料引入電子和光學器件的大規模生產是向前邁出的重要一步，最終將大大優於目前存在的材料。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文連結：

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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