石墨烯资料
电热反应合成新型石墨烯
■吴文斌
石墨烯由于其具有独特的电子结构,在电子器件应用方面极具潜力,一问世就引起了全世界的研究热潮。然而,石墨烯的制备技术是目前在实验上首先要解决的问题。p型石墨烯已经可以相对容易制得,科学家还必须找到n型石墨烯的制成方法才能实际应用。这显然要困难得多,因为多种手段合成石墨烯的边缘结构和化学末端都难以控制。
石墨烯纳米带(GNRs)的氮化末端边缘表现出n型晶体管行为,使得精确地控制边缘结构和化学末端、获得理想的设备性质特性成为可能。来自美国斯坦福大学高级材料化学实验室的戴宏杰教授及其合作者,利用这个性质首次同时制成p型和n型石墨烯场效果晶体管。
该设备可用于集成电路、微处理器以及储存器的基本模块。科学家发现,n型石墨烯可在氨气环境下,通过高能电焦耳加热制得。受试材料在高能量下被加热到数百摄氏度,石墨烯活泼的边缘和缺陷位点开始与氨气反应,形成碳氮聚合。科学家通过X光衍射和纳米级次级离子质谱确定了碳原子和氮原子的结合。
中科院物理研究所凝聚态理论与材料计算研究室研究员孙庆丰告诉《科学新闻》:“用一种新方法制造出n型石墨烯是该文章的创新点,可能在以后的量子电子器件或电路中有应用价值。”
边缘杂化可能演变成一种新的纳米石墨烯杂化方法。“我们的方法使石墨烯边缘大部分杂化,而不会在平面上引入大量杂质。n型和p型晶体管相互补足,可以预见制造出更加复杂逻辑功能电路的可能。”戴宏杰表示。
沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部的任文才副研究员表示:“石墨烯带是实现石墨烯在纳电子器件方面应用的最直接的解决方案。戴宏杰的研究组已于2008年采用化学裁剪的方法制备出了边界规整的窄石墨烯带,最近又获得了氮功能化的石墨烯带,实现了石墨烯带的n型掺杂,并且制备出了室温下具有高开关比的n型场效应管,为石墨烯带在未来纳电子器件方面的应用奠定了基础。”
参考文献:
Science, 2009, 324:768-771
化学所在石墨烯纳米带的可控合成与性质研
究方面获新进展
P style="TEXT-JUSTIFY: inter-ideograph; TEXT-INDENT: 2em; LINE-HEIGHT: 1.5; TEXT-ALIGN: justify">在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下, 中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室的研究人员在石墨烯纳米带的可控合成与性质研究方面取得新进展, 相关研究工作发表在近期的美国化学会志(J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17970-17976)上。
苝-3,4:9,10-四羧酸二酰亚胺(苝酰亚胺)是一类研究广泛的光电材料,在有机发光二极管﹑太阳能电池
﹑有机场效应晶体管等方面都得到广泛应用。从分子结构上看,苝酰亚胺是由苝核和具有强吸电子能力的酰亚胺基团构成,其bay位提供了丰富的化学反应的可能性。研究人员希望以苝酰亚胺为重复单元沿其bay位构筑宽度受限(1 nm左右)长度可控的石墨烯纳米带。这类具有酰亚胺基团功能化的石墨烯纳米带具有新颖的结构、特殊的光电性质和潜在的应用价值。
前期工作中,研究人员开发了一种简单高效的合成方法,通过偶联反应将两分子苝酰亚胺沿其bay位结
合在一起,合成出二并苝酰亚胺。二并苝酰亚胺及其衍生物在可见光区有很宽的吸收和较高的摩尔消光系数,而且还具有极强的得电子能力,是一类重要的n型光电材料(J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10664—10665; Org. Lett. 2008, 10, 2337-2340.)。
在以上工作基础上, 研究人员发现四溴苝酰亚胺在碘化亚铜和L-脯氨酸的活化下可以实现多分子间的偶
联反应,得到了不同尺度大小的并苝酰亚胺,实现了酰亚胺基团功能化的石墨烯纳米带的高效化学合成,通过高效液相分离了两种三并苝酰亚胺异构体,进一步地结合实验方法和理论计算明确阐明了其结构。此外,研究人员还系统地总结了苝酰亚胺和二并、三并苝酰亚胺的结构、光电性质、轨道能级及其由苝酰亚胺单元的增多所导致的变化规律。此规律的总结将有助于进一步地预测和研究具有更多苝酰亚胺单元的石墨烯纳米带的结构和性质,为其在有机光电器件上的应用打下基础。
自2004年Geim发现石墨烯(graphene)以来,石墨烯受到了全世界科学家的广泛关注。石墨烯是单原子
层的石墨晶体薄膜,其晶格是由碳原子构成的二维蜂窝结构。一维尺度受限的石墨烯纳米带具有半导体性能,未来可能整合于高性能计算机芯片,增加芯片速度与效能、降低耗热量。然而,制备宽度小于10 nm的石墨烯纳米带是目前首先要解决的科学问题。现已报道的制备方法主要有光刻蚀法、化学法和有机合成法。相对于其他方法,通过自下而上的有机合成法可以制备具有确定结构而且无缺陷的石墨烯纳米带, 并可以进一步对石墨烯纳米带进行功能化修饰。
《科学》
:
人工合成
13C同位
素石墨和
石墨烯获
得成功
作者: 拉曼先
生 收录日期:
2008-10-16 发
布日期:
2008-10-16
近日,中国科学
院物理研究所/
北京凝聚态物
理国家实验室
固态量子信息
实验室的博士
生蔡伟伟赴美
国德克萨斯大
学奥斯丁分校
Rodney Ruoff教
授的研究小组
合作研究期间,
在Rodney Ruoff
教授和陈东敏
研究员的指导
下,开发出一套
化学气相沉积
仪(CVD),相关
成果发表在《科
学》杂志上。在
这套沉积仪的
基础上首次制
备出可以媲美
HOPG的高品质
13C同位素合成
石墨,其中同位
素13C和12C的
比例在1%至
99.5%可调。
石墨烯
(graphene)作为
碳家族中又一
种新的材料,它
是由单层六角
元胞(等角六边
形)碳原子组成。
这种材料具有
丰富而新奇的
物理现象。比
如,石墨烯是一
种零带隙半金
属/半导体材料,
具有比硅高很
多的载流子迁
移率。近来观察
到的显著的量
子霍尔效应证
实了,即使在室
温下载流子在
这种材料中的
平 均自由程和
相干长度也可
以达到微米级。
此外,石墨烯还
可以被应用在
复合材料、电池
/超级电容、储氢
材料、场发射材
料以及超灵敏
传感器等领域。
因此,众多科 研
人员正在研究
如何制备和表
征其物理、化
学、机械性能。
通过各种方
法,蔡伟伟及其
指导教师还进
一步把13C-石
墨解离成13C-
石墨烯及其衍
生物13C-氧化
石墨烯。这一新
材料的出现为
研究石墨烯的
物 理、化学性能
提供一个新的
平台。例如,通
过分析这种材
料的二维13C-
固相核磁共振
谱(2D 13C-Solid
State NMR),他
们揭示了争议
已久的氧化石
墨烯化学结构。
该研究成果对
石墨稀的化学
制备和氧化石
墨烯的应用具
有重大意义。相
关结果发表在9
月26日出版的
《科 学》杂志
上。另外,该材
料也有助于研
究石墨烯中的
电输运性质,包
括声子和核自
旋对电输运的
影响。目前,进
一步的研究正
在与物理所极
端条件实验室
的合作下展 开。
作者:helloimet
能不能把英文摘要贴出来啊
作者:元小雪
正好我看过这篇的,发过来共享一下
纳米盘:Science_Weiwei Cai.pdf
新合成技术制造类石墨烯材料
作者:熔桓 发稿时间:2010-11-22 11:53:14 点击:427
新实验表明,表面合成技术是一种可行的方法,可以制作量身定做的纳米石墨烯,而且可以
使用一系列不同的基板。
石墨烯是一种很有前途的材料,可用于制备明天的纳米电子装置。用精确和可升级的方法制造石墨烯及衍生材料,并且达到理想的电子性能,现在仍然处于探索阶段。为克服目前的局限,瑞士联邦材料科学与技术研究所(Empa)的研究人员制造石墨烯状材料,使用了表面化学方式,他们详细阐述了相应的反应途径。这项工作发表在科学杂志《自然化学》上。科学家结合了经验的观察,利用了扫描隧道显微镜和电脑模拟。
电子元件变得越来越小,微电子元件逐步让位于纳米
电子元件。在纳米尺寸,硅这种目前最常用的材料,在半
导体技术中基本达到了极限,阻碍着尺寸的继续缩小和技
术进步。因此,新型电子材料需求量很大。因其不凡的电
学性质,石墨烯这种二维碳黑网格,被认为是一种可能的
替代品。然而,一些障碍必须克服,只有这样,石墨烯才
可用于半导体技术。例如,当前还没有简易又实用的方法,
来大规模加工石墨烯状材料。
瑞士联邦材料科学与技术研究所纳米技术表面实验
室的研究者们报道,用一种表面化学途径制造小片石墨烯,
这就是所谓的纳米石墨烯。使用原型的聚亚苯基前体
(polyphenylene precursor),研究者澄清了问题,参与研究
的,还有德国美因茨马克•普朗克聚合物研究所(Max Planck
Institute for Polymer Research)和苏黎世大学的科学家,他们
搞清了铜表面化学反应方式的具体细节,以及基础材料如扫描隧道显微镜图像显示,纳米石墨烯分子和两个稳定的中间产品,都在一个铜表面。分子模型显示了一个纳米石墨烯(右下方)以及两个中间产品(上部和左部)。实际上,分子直径约为一纳米。 来源:苏黎世大学
何转化为平整的纳米石墨烯,这是直接在表面上转化的。这工作已于发表在科学期刊《自然•化学》上,是提前在线发布。
为了进行研究,研究人员结合了经验的观察,特别是来自扫描隧道显微镜的观察与电脑模拟。
模拟是用来确定,理论上可能的反应步骤是否实际有效。结果是,反应方式包含6个步骤和5种中间产品。其中,两种产品表面是稳定的。这样它们就能采用扫描隧道显微镜稳定成像。反应障碍涉及到不同的中间产品,这一障碍被减少,就因为基质的催化作用。
为了整合进电子电路中,石墨烯状材料的制备,必须是在半导体表面,而不是在金属表面。研究人员已经模拟,测试这种方法是否也适用于这些表面,结果是很有希望的, 结果表明,基于表面的合成是一种可行的方法,可以制作量身定做的纳米石墨烯,而且可以使用一系列不同的基板。 计算机生成图像,显示的细节是两个
中间产品之中的一个,是研究人员用
扫描隧道显微镜确定的。
来源:苏黎世大学