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Science：化學(xué)合成半導(dǎo)體納米孔石墨烯
西班牙加泰羅尼亞納米科技研究所Aitor Mugarza, César Moreno和西班牙圣迭戈·德孔波斯代拉大學(xué)Diego Pea團(tuán)隊(duì)合作，報(bào)道了一種化學(xué)分子前驅(qū)體聚合制備1nm孔半導(dǎo)體石墨烯的新策略。
研究人員采用類似石墨烯納米帶的合成策略，以DP-DBBA為分子前驅(qū)體，在Au(111)單晶表面。在200℃時分子開始聚合，在400℃左右開始形成納米帶。和之前的石墨烯納米帶不一樣的是，這種石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)并不是規(guī)則的直線型，因此，當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行450℃的退火操作時，石墨烯納米帶并沒有繼續(xù)變寬形成更寬的納米帶，而是聚合形成納米孔結(jié)構(gòu)的石墨烯。
上海微系統(tǒng)所等在石墨烯單晶晶圓研究中獲進(jìn)展
中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在高遷移率的石墨烯單晶晶圓研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Wafer-scale growth of single-crystal graphene on vicinal Ge(001) substrate為題，發(fā)表在Nano Today上。
研究發(fā)現(xiàn)，選用10o以上斜切角度的(001)晶面鍺作為石墨烯的生長襯底，可以獲得單一取向的石墨烯晶疇。通過將這些取向一致的石墨烯晶疇無縫拼接，研究人員在15o切角(001)晶面鍺襯底表面制備出高遷移率的單晶石墨烯晶圓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，石墨烯晶疇的形核取向與鍺襯底的斜切角度緊密關(guān)聯(lián)。同時，研究人員利用原子力顯微鏡對石墨烯生長行為進(jìn)行連續(xù)觀察，結(jié)果表明，15o切角(001)晶面鍺襯底表面上沿著斜切方向的石墨烯的形核被抑制，而垂直于斜切方向的石墨烯形核不受影響。整個石墨烯生長過程中，無新的石墨烯形核產(chǎn)生，單晶石墨烯晶圓的制備是由取向一致的石墨烯晶疇無縫拼接而成。通過此技術(shù)制備出的單晶石墨烯晶圓展現(xiàn)出超高的載流子遷移率，有望對石墨烯納米電子器件的研制提供材料支撐。
雙層-雙層轉(zhuǎn)角石墨烯中的關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)研究獲進(jìn)展
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心納米物理與器件實(shí)驗(yàn)室N07課題組博士沈成和研究員張廣宇等從AB堆垛的雙層石墨烯出發(fā)，研究了雙層-雙層石墨烯（“2+2”）魔角體系�？紤]到單個AB堆垛的雙層石墨烯會在垂直原子平面的位移電場作用下在零能量費(fèi)米面處打開能隙，形成“墨西哥帽”式的能帶結(jié)構(gòu)，他們提出，由AB堆垛的雙層石墨烯構(gòu)筑的轉(zhuǎn)角雙層-雙層石墨烯體系，同樣存在電子平帶且平帶結(jié)構(gòu)可以受到位移電場的調(diào)控。
中國學(xué)者發(fā)現(xiàn)質(zhì)子輔助生長超平整石墨烯薄膜
南京大學(xué)物理學(xué)院高力波教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜的研究團(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。
a：質(zhì)子滲透和氫去耦合模型；b：普通CVD方法生長的有褶皺石墨烯；c：氫氣等離子體處理過后的同位置褶皺變化；d：質(zhì)子輔助生長的超平滑石墨烯薄膜。
中國科學(xué)家在單層石墨烯力學(xué)性質(zhì)研究中取得進(jìn)展
中國研究人員在英國《自然•通訊》上發(fā)表報(bào)告說，他們借助新開發(fā)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對單層石墨烯的定量拉伸測試。相關(guān)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)技術(shù)有助建立這種“超級材料”的真實(shí)力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，推動這種高性能材料更好地應(yīng)用在不同領(lǐng)域，比如制造出更好的飛機(jī)、高鐵輕量化部件以及更強(qiáng)韌的柔性觸摸屏等。
石墨烯基電化學(xué)電容器儲能研究取得進(jìn)展
中國科學(xué)院金屬研究所與英國倫敦大學(xué)學(xué)院合作，在《自然-能源》(Nature Energy) 在線發(fā)表題為《可調(diào)層間距、高效孔利用石墨烯薄膜的電化學(xué)電容儲能研究》（Tuning the interlayer spacing of graphene laminate films for efficient pore-utilization towards compact capacitive energy storage）的研究論文。
片層間距可調(diào)節(jié)的復(fù)合石墨烯薄膜的制備過程
研究人員制備了不同比例的氧化石墨烯和熱膨脹還原石墨烯的混合溶液，經(jīng)過真空抽濾，得到片層間距可調(diào)節(jié)的復(fù)合石墨烯基薄膜。通過調(diào)控片層間距，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化整個電極材料孔隙率的效果。當(dāng)電極材料的孔隙尺寸與電解液的離子尺寸相匹配時，孔隙的空間利用達(dá)到了最優(yōu)化，從而極大化了體積能量密度。在此基礎(chǔ)上，科研人員設(shè)計(jì)了全固態(tài)柔性電化學(xué)電容器，石墨烯薄膜電極材料本身良好的彎折性能，保證了整個器件的柔性，并進(jìn)一步發(fā)展了智能器件，通過根據(jù)實(shí)際需求改變電路連接方式，實(shí)現(xiàn)了不同的輸出效果。
南京大學(xué)在石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)塊體材料研究中獲得重大進(jìn)展
南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院王學(xué)斌教授課題組報(bào)道了一種鋅誘導(dǎo)的分層碳化法，可以在低成本下高效制備優(yōu)質(zhì)的三維石墨烯塊體材料，其產(chǎn)品稱之為鋅誘導(dǎo)三維石墨烯ZnG。鋅法三維石墨烯產(chǎn)品ZnG具有高比表面積、優(yōu)異熱穩(wěn)定性、在空氣中和在電解液中出色的電導(dǎo)率。該工作還演示了ZnG用作雙電層型超級電容器的電極，實(shí)現(xiàn)了卓越的能量密度、功率密度、循環(huán)壽命。
圖 三維石墨烯ZnG的合成方法、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和拉曼光譜分析。a-c) 合成過程及光學(xué)照片；d-g) SEM、STEM、TEM圖片；h)單個泡孔孔壁——石墨烯膜的HRTEM圖；i) 拉曼光譜。
大面積單層石墨烯的可控合成取得重要進(jìn)展
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室宋禮教授課題組與大連理工大學(xué)三束材料改性教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙紀(jì)軍教授課題組合作，在高質(zhì)量、大面積、單層石墨烯的可控合成及其生長機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于國際著名期刊ACS Nano。
該研究采用安全廉價(jià)的環(huán)己烷（C6H6）為液態(tài)碳源，設(shè)計(jì)了一種新型三元合金基底Cu2NiZn，并通過對低壓CVD合成工藝的探索，實(shí)現(xiàn)了大面積高質(zhì)量單層石墨烯的生長。結(jié)合拉曼光譜（Raman）、原子力顯微鏡（AFM）、透射電子顯微鏡（TEM）等多種手段，證實(shí)了三元合金基底生長的石墨烯具有單層性和高結(jié)晶性。同時，利用微納加工技術(shù)構(gòu)筑了石墨烯場效應(yīng)晶體管（FET），測得三元合金基底上生長的石墨烯遷移率遠(yuǎn)優(yōu)于其他兩種基底（Cu, CuNi）。
廈門大學(xué)在石墨烯單分子器件取得重要進(jìn)展
化學(xué)化工學(xué)院洪文晶教授課題組、薩本棟微米納米科學(xué)技術(shù)研究院楊揚(yáng)副教授課題組及英國蘭卡斯特大學(xué)Colin J. Lambert教授課題組合作，在基于石墨烯電極的單分子電子器件方面取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Cross-plane transport in a single-molecule two-dimensional van der Waals heterojunction”為題發(fā)表于Science Advances (doi號: 10.1126/ sciadv.aba6714, IF= 12.804)。
洪文晶教授課題組與楊揚(yáng)副教授課題組在自主研發(fā)的機(jī)械可控裂結(jié)技術(shù)裝置的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種新型的層間裂結(jié)技術(shù)裝置，用以構(gòu)筑和表征單分子范德華異質(zhì)結(jié)器件。研究人員將一系列多環(huán)芳烴化合物（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons）分別嵌入在兩片單層石墨烯電極之間，首次構(gòu)筑了單分子范德華異質(zhì)結(jié)器件，并對多種該類器件的電輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用該新型層間裂結(jié)技術(shù)所構(gòu)筑的單分子范德華異質(zhì)結(jié)，表現(xiàn)出與傳統(tǒng)分子電子器件中所常見的面內(nèi)輸運(yùn)明顯不同的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，相同苯環(huán)數(shù)量、不同分子結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)器件展現(xiàn)出不同的電輸運(yùn)性質(zhì)，顯示出典型的室溫下量子輸運(yùn)特性。該工作所開發(fā)的新型層間裂結(jié)技術(shù)和構(gòu)筑的單分子范德華異質(zhì)結(jié)，對后續(xù)進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)功能多樣的單分子電子器件具有重要的參考價(jià)值。
資料來源：
中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所、物理研究所、科技日報(bào)、環(huán)球網(wǎng)、materials views china、南京大學(xué)、中國科技大學(xué)、廈門大學(xué)、石墨烯聯(lián)盟等。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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