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        磁性納米材料在水處理中的應(yīng)用

        上海矽諾國際貿(mào)易有限公司  2020-07-14  點(diǎn)擊883次

        日前,由南京大學(xué)物理學(xué)院高力波教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜,協(xié)同學(xué)院四個(gè)青年學(xué)者團(tuán)隊(duì),以“質(zhì)子輔助生長超平整石墨烯薄膜”為題,在《自然》雜志上發(fā)表了將質(zhì)子輔助生長用于高質(zhì)量石墨烯制備的研究成果。這項(xiàng)工作,不僅探索出了一種可控生長超平整石墨烯薄膜的方法,更為重要的是,該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了這種生長方法的內(nèi)在機(jī)制,即質(zhì)子輔助,這種方法有望推廣到柔性電子學(xué)、高頻晶體管等更多重要的研究領(lǐng)域。

        據(jù)悉,該成果所涉及的化學(xué)氣相沉積方法(CVD)生長石墨烯,是目前制備大面積、高品質(zhì)單晶晶?;蛘弑∧さ淖钪饕椒āH欢?,由于石墨烯與基質(zhì)材料能夠產(chǎn)生強(qiáng)耦合作用,使得石墨烯在生長過程中會形成褶皺。這一現(xiàn)象嚴(yán)重限制了大尺度均一薄膜的制備,阻礙著二維材料的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用。

        “CVD 石墨烯中的褶皺是影響其物性的重要瓶頸?!备吡Σǜ嬖V記者,CVD 石墨烯中的褶皺,來源于石墨烯與生長基體的熱脹率差異,石墨烯生長于銅或者鉑等生長基體,生長溫度多在600 度以上,生長完成后降至室溫便引起石墨烯的褶皺。褶皺的存在,會影響石墨烯的優(yōu)良特性,然而,究竟在多大程度上能夠影響其性能,并沒有完整的對比數(shù)據(jù)。

        “如何徹底地消除褶皺,并制備出超平整的石墨烯薄膜,逐漸成為其品質(zhì)跨越式提升的重點(diǎn)和難點(diǎn)?!备吡Σㄕf道。研究團(tuán)隊(duì)嘗試過多種消除褶皺的方法,但效果都不盡如人意,僅剩下減弱石墨烯與生長基體之間耦合作用的唯一途徑。在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,高力波團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),高比例的熱氫氣(H2),會在一定程度上,弱化石墨烯與生長基體之間的耦合作用。同時(shí),研究人員通過理論模擬發(fā)現(xiàn),處在石墨烯與銅基體之間的氫,在大濃度、高溫的條件下,可以起到減弱二者耦合的作用。在熱氫氣的組分中,質(zhì)子和電子可以自由穿梭于石墨烯的蜂窩狀晶格。因此,研究人員推測,質(zhì)子在穿透石墨烯后,有一定概率會再次與電子組合成氫。

        “課題組通過氫氣、氘氣(D2)、氦氣(He)等離子體的作用效果對比,驗(yàn)證了所設(shè)想的模型。”高力波介紹,增加質(zhì)子密度,成為減弱二者耦合作用的關(guān)鍵途徑。有鑒于此,研究團(tuán)隊(duì)采用氫氣等離子體處理褶皺化的石墨烯薄膜,并輔以高溫,逐步減弱并消除石墨烯褶皺。如果在生長石墨烯的同時(shí),引入氫氣等離子體,則生長出來的石墨烯完全無褶皺。為了全方位表征無褶皺化的石墨烯薄膜,通過多種物性測量,包括掃描隧道顯微鏡(STM)觀測摩爾條紋和掃描隧道譜(STS)、角分辨光電子能譜(ARPES)直觀觀測石墨烯與銅基體的耦合作用變化、變溫拉曼光譜表征熱漲率差異等,都表明了這種超平整的石墨烯薄膜,處于與生長基體脫耦合、無摻雜的狀態(tài)。由于石墨烯薄膜的超平整特性,因此在清除石墨烯表面其他物質(zhì),尤其是石墨烯轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移介質(zhì)PMMA 殘留時(shí),表現(xiàn)出極易清潔的優(yōu)點(diǎn)。此外,為了凸顯超平整石墨烯薄膜的優(yōu)點(diǎn),即大尺寸和高品質(zhì),研究人員還進(jìn)行了不同線寬下的石墨烯量子霍爾效應(yīng)的測量,線寬分別為2μm、20μm、100μm、500μm。

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