寧波材料所在如何對石墨烯納米片進行結(jié)構(gòu)缺陷修補與縫合方面取得新進展
石墨烯的制備與結(jié)構(gòu)控制一直是石墨烯領(lǐng)域研究的重點，這對于其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。其中，電化學(xué)剝離石墨是一種高效低成本合成石墨烯納米片的有效方法。然而，該方法制備的石墨烯會存在大量的結(jié)構(gòu)缺陷與官能團，結(jié)構(gòu)的不完美導(dǎo)致其電學(xué)性質(zhì)較低，從而受限其在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何對電化學(xué)剝離得到的石墨烯納米片進行結(jié)構(gòu)缺陷修補，提升其基本的電學(xué)性質(zhì)，是石墨烯納米片現(xiàn)階段研究的重要挑戰(zhàn)之一。
最近，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所表面事業(yè)部功能碳素材料團隊與合作者采用一種退火工藝，實現(xiàn)了對石墨烯納米片的結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù)與片間的縫合生長，基于此可以在絕緣基板上直接制備高質(zhì)量的石墨烯薄膜。研究人員介紹了一種簡單的、快速的退火處理方法，通過使用金屬鎳膜對獨立的石墨烯納米片進行結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù)，同時可以在納米片邊緣的部分新生長出石墨烯（圖1）。該方法可以直接在絕緣基板上預(yù)先構(gòu)建石墨烯納米片圖形，退火處理后實現(xiàn)圖案化的高質(zhì)量連續(xù)的石墨烯。
圖1 絕緣基板上高質(zhì)量石墨烯的制備過程
在該實驗方法中，獨立的石墨烯納米片可以作為成核區(qū)域，高溫過程中其自身局部的含碳團簇作為碳源通過鎳膜催化，在石墨烯納米片非飽和邊緣處生長；同時，石墨烯納米片的結(jié)構(gòu)缺陷還可以被其進行修補，從而提高其整體的晶體結(jié)構(gòu)質(zhì)量和電學(xué)性能。退火后，石墨烯納米片拉曼光譜可以顯示出其結(jié)構(gòu)缺陷峰基本消失，同時整體石墨烯的載流子遷移率可以超過1000 cm2 V？1 s？1，是該方法在銅膜催化作用石墨烯納米片的10倍，是直接高溫退火處理石墨烯納米片的近100倍（圖2）。
圖2 石墨烯納米片的結(jié)構(gòu)缺陷修補與相關(guān)性能表征
這項研究實現(xiàn)了一種對石墨烯納米片進行結(jié)構(gòu)缺陷修補與縫合成膜的有效方法，并可以直接在絕緣基板制備實現(xiàn)圖案化制備石墨烯，相關(guān)方法有助于石墨烯納米片在電子和光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，相關(guān)工作已發(fā)表在Chemistry of Materials (2017, DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b02348) 上。
該研究工作獲得國家自然科學(xué)基金(51573201)、浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計劃(2016C31026)以及3315創(chuàng)新團隊項目、中科院裝備（YZ201640）、浙江省基金（LQ15E020002）以及寧波市國際合作（2017D10016）的資助。
(表面事業(yè)部/孫洪巖)