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修复石墨烯:IISc的科学家设计了一种方法来逆转石墨烯中的缺陷

来源:admin 发布日期:2019-12-21

石墨烯是一种片状形式的碳,由于其在电子,药物输送等领域的许多前景广阔应用而被誉为奇观材料。在最近的一项研究中,由班加罗尔印度科学研究所(IISc)的Srinivasan Raghavan教授和Rudra Pratap教授领导的印度和美国科学家团队,通过有意改变在石墨烯生长过程中形成的缺陷,来为石墨烯的新应用铺平了道路。

                                                                         

单层石墨烯通常使用化学气相沉积(CVD)技术生产,其中金属基底(例如铜和铂)被置于碳氢化合物(例如乙烷和甲烷)中, 这些碳氢化合物在高温下分解并沉积在金属基材上,形成石墨烯薄膜。 用这种方法生产的石墨烯不可避免地在其晶体结构中产生称为晶界的缺陷。 晶界的变化会改变材料的机械,电学和其他性能。 在目前的研究中,研究人员提出了一种新颖的机制,以可逆的方式制造和修复石墨烯晶界中的缺陷。 为此,他们成功地制备出了迄今为止已知电子迁移率最高的石墨烯。

研究人员研究了通过CVD方法在铜表面上以不同条件制备的石墨烯样品。 第一个样品生长时的所有反应条件均保持恒定。 一段时间后,他们使用扫描电子显微镜观察到了铜基底上形成了完整的石墨烯薄膜。 他们测量了该薄膜的电性能变化,例如电荷迁移率和薄膜电阻,并将其与其它三个样品的测试结果进行了比较。

在第二个样本中,研究人员首先沿用了第一个样品中石墨烯恒定生长的条件,直到铜表面被石墨烯薄膜完全覆盖为止,他们将称为碳势的反应条件提高到稍高的值。然后,电性能的值显示出比第一个样品增加

第三个样品首先参照第二个样品的生长条件。 不同之处在于,在达到更高的碳势值之后,碳势又再次降低回初始值。 样品的电性能最初增加然后降低,证明了可逆的行为。

任何化学反应都会受到两种因素的影响:与反应速度有关的动力学因素和与能量需求有关的热力学因素。取决于两者中哪一个起重要作用,该反应可以称为“动力学控制”或“热力学控制”反应。这种现象的可逆性证实,在石墨烯生长的情况下,该现象是受热力学控制的。

此外,研究人员在锗膜上制作了石墨烯结构的复制品,以可视化的方式展现石墨烯膜中的缺陷。 为此,他们通过将水滴放在石墨烯薄膜顶部使之通过薄膜。 由于水只能通过有缺陷的晶界渗透,而不能渗透到石墨烯层的任何其他部分,因此使用光学和原子力显微镜,他们可以观察到水沿晶界的图像。 他们发现,石墨烯层的大部分缺陷都在晶界中,这也证实了是由于晶界缺陷的减少和增加而导致了电性质的变化。

 

新闻来源:https://researchmatters.in/news/healing-graphene-scientists-iisc-devise-way-reverse-defects-graphene

 

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