2004年石墨烯（Graphene）的問世引起了全世界新的研究熱潮。石墨烯是單層碳原子緊密排列成二維六角結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料。由于石墨烯具有獨特的電子結(jié)構(gòu)，它可以作為驗證物理理論上一些基礎(chǔ)問題的簡單材料體系，并且在器件應(yīng)用方面也極具潛力。然而，高質(zhì)量石墨烯的制備及其轉(zhuǎn)移組裝是目前在實驗上首先要解決的問題。
最近，中科院物理研究所北京凝聚態(tài)物理國家實驗室白雪冬和王恩哥與美國斯坦福大學(xué)戴宏杰小組合作，對石墨采用剝離-再嵌入-擴(kuò)漲的方法，成功制備了高質(zhì)量石墨烯。利用透射電子顯微術(shù)對石墨烯進(jìn)行表征并做了深入的晶體結(jié)構(gòu)分析。電學(xué)測量表明，所制備的石墨烯在室溫和低溫下都具有高的電導(dǎo)，比通常的用還原氧化石墨方法獲得的石墨烯的電導(dǎo)高兩個數(shù)量級。他們通過LB膜組裝技術(shù)，將懸浮在溶劑里的石墨烯一層一層地轉(zhuǎn)移到固體表面，制成大面積的透明導(dǎo)電膜，研究了它們的光學(xué)透過率與膜厚的關(guān)系。高質(zhì)量石墨烯及其LB膜的制備對未來石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。
該成果得到了國家自然科學(xué)基金委“創(chuàng)新研究群體”基金及中國科學(xué)院的資助。相關(guān)成果發(fā)表在近期的《自然—納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上。（來源：中國科學(xué)院物理研究所）
（《自然—納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology），3, 538 - 542，Xiaolin Li，Hongjie Dai）
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http://www.nature.com/nnano/journal/v3/n9/abs/nnano.2008.210.html#a1
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點實驗室低維材料摩擦學(xué)課題組在石墨烯（非晶碳復(fù)合薄膜）的制備研究方面取得新進(jìn)展。
目前，制石墨烯的方法主要有微機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氧化還原法等?？紤]到實際應(yīng)用的低能耗、低成本和高產(chǎn)量的要求，課題組采用液相化學(xué)氧化還原法制備出石墨烯，并利用設(shè)備簡單、成本低廉的電泳沉積技術(shù)制備石墨烯薄膜。在此基礎(chǔ)上，研究人員結(jié)合了非晶碳的高硬度、負(fù)電子親和勢和抗磨損等特性，同樣利用設(shè)備簡單、成本低廉的液相電化學(xué)沉積技術(shù)制備出非晶碳納米顆粒—石墨烯復(fù)合薄膜，初步研究結(jié)果表明非晶碳納米顆粒的介入在不犧牲石墨烯薄膜高導(dǎo)電性的前提下極大地改善了膜基結(jié)合強(qiáng)度。
單層石墨烯磁性研究取得新進(jìn)展
美國化學(xué)學(xué)會主辦的納米材料科學(xué)的權(quán)威雜志《納米快報》（Nano Letters）最近刊發(fā)了北京大學(xué)工學(xué)院先進(jìn)材料與納米技術(shù)系、北京大學(xué)應(yīng)用物理與技術(shù)研究中心孫強(qiáng)教授研究組的論文“Ferromagnetism in Semihydrogenated graphene sheet”，報導(dǎo)了他們在單層石墨烯磁性研究方面的最新成果。
單層石墨烯（graphene）是目前國際上最熱點的研究領(lǐng)域之一，它是一種帶隙為零的非磁性金屬材料，具有許多新奇的物理特性和廣泛的應(yīng)用前景。為了使graphene具有磁性，科學(xué)家提出了各種辦法包括將它剪切成具有zigzag構(gòu)型的零維或一維nano-ribbon結(jié)構(gòu)、或產(chǎn)生缺陷和引入雜質(zhì)原子等?，F(xiàn)有的這些方法不但破壞了graphene的結(jié)構(gòu)完整性，所產(chǎn)生的磁性呈非均勻分布，而且實驗上難以控制。孫強(qiáng)教授研究組首次提出了通過半氫化的方法在graphene中實現(xiàn)鐵磁性的思想，并將半氫化的graphene命名為graphone，這是在繼graphene，graphane 之后所引入的新的結(jié)構(gòu)形態(tài)。孫強(qiáng)教授研究組應(yīng)用自旋極化的密度泛函理論，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)氫原子吸附在石墨烯的部分碳原子上時，石墨烯的π鍵被破壞，導(dǎo)致每個沒有被氫化的碳原子產(chǎn)生一個未配對的2p電子，它們之間長程交換耦合，形成穩(wěn)定的鐵磁性，其居里溫度大約在278 ~ 417 K。這比目前已知的方法更具有可控性和可操作性，它不但能保持graphene 骨架結(jié)構(gòu)的完整性和磁性的均勻分布， 而且還能避免在組裝nano-ribbon 的過程中所引起的磁性的粹滅。該研究成果將拓廣graphene sheet 的應(yīng)用前景，這種新型二維鐵磁性graphone sheet可望應(yīng)用于自旋電子學(xué)和微電子學(xué)等多種領(lǐng)域。Nano Letters的審稿人高度評價了這一工作。
該論文的第一作者周健是孫強(qiáng)教授的碩士研究生，該論文的合作者包括弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)物理系王前副教授、P. Jena教授，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所陳效雙研究員，以及日本東北大學(xué)金屬材料研究所Y. Kawazoe教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的資助。
