污染是表面和界面技術(shù)中的主要問題。鑒于石墨烯是具有極大表面積的2D單層材料,表面污染可能會嚴(yán)重降低其固有性能,并嚴(yán)重阻礙其在表面和界面區(qū)域的適用性。然而,尚未實現(xiàn)用于生產(chǎn)保持其優(yōu)異性能的清潔石墨烯膜的大規(guī)模且簡便的處理方法。本文中,報告了一種有效的生長后處理方法,該方法用于選擇性去除表面污染以實現(xiàn)大面積超凈石墨烯表面。所獲得的表面清潔度超過99%的超純石墨烯可以轉(zhuǎn)移到聚合物殘留量顯著減少的介電基材上,產(chǎn)生500 000 cm2 V-1 s-1的超高載流子遷移率和118 Ω µm的低接觸電阻?;钚蕴炕っ掭亴κ?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">烯污染物的強大粘附力能夠成功去除污染物。
Figure 1. 超凈石墨烯經(jīng)活性碳涂層皮棉輥處理:a)涂有活性炭的皮棉輥用于清潔石墨烯表面的示意圖;b)活性炭和石墨烯之間接觸面的截面EDS圖;銅箔上c)不清潔和d)超清潔石墨烯的AFM圖像;e)不清潔石墨烯和超清潔石墨烯高度分布的直方圖分別對應(yīng)于(c)和(d)中的虛線框;f,g)通過選擇性沉積TiO2顆粒(g中的白點)大面積觀察獲得的超凈石墨烯;比例尺:50 µm;h)清潔表面的HR-TEM圖像;插圖:超凈石墨烯的晶格圖像;比例尺:2 nm。
Figure 2. 石墨烯轉(zhuǎn)移后聚合物殘留的抑制:a)云母基底上不潔凈石墨烯的AFM圖像和b)相應(yīng)的高度分布;c)云母基板上獲得的超凈石墨烯的AFM圖像和d)相應(yīng)的高度分布;e)將獲得的大面積超凈石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到約4英寸大小的云母基底上;f)轉(zhuǎn)移的超凈石墨烯的清潔度直方圖。
Figure 3. 所獲得的超凈石墨烯的優(yōu)異電子性能:a)源極漏極電阻與溝道長度的關(guān)系;插圖:經(jīng)TLM測量的石墨烯晶體管陣列的SEM圖像,比例尺:2 µm;b)接觸電阻與柵極偏置的關(guān)系;c)hBN封裝的超純石墨烯的電阻率在T = 1.7 K時隨柵極電壓(VG)的變化;插圖:封裝石墨烯的霍爾棒器件的光學(xué)顯微鏡圖像;d)霍爾遷移率與背柵電壓(VG)的關(guān)系;e)(c)中器件的縱向電導(dǎo)率(σxx)與磁場B和VG的關(guān)系。
Figure 4. 強制設(shè)計的清潔石墨烯表面的機(jī)制:a)界面力模型;b)F-Camorphous-Cactivated和F-Camorphous-Gr的典型測量粘附力;插圖:裝配有無定形碳涂層微球探針的預(yù)制AFM尖端的SEM圖像;比例尺:10 µm;c)使用相同的無定形碳涂層微球探針測量的Camorphous-Cactivated和Camorphous-Graphene的粘附力直方圖。
相關(guān)研究成果于2019年由北京大學(xué)Hailin Peng和Zhongfan Liu課題組,發(fā)表在Adv. Mater.(DOI: 10.1002/adma.201902978)上。原文:A Force-Engineered Lint Roller for Superclean Graphene。
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