Ny undersøgelse afslører, at grafener nu går monolag og enkelt krystallinske

Et internationalt forskerteam, ledet af fremtrædende professor Rodney S. Ruoff (School of Natural Sciences) fra Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), inden for Institute for Basic Science (IBS) hos UNIST, har rapporteret et virkelig enkelt lag (dvs. adlayer-fri) grafenfilm med stort område på kobberfolier med stort område. Dette kan virke som det seneste i en række tilsyneladende lignende erklæringer om enkeltlags grafen. Imidlertid, denne præstation adskiller sig fra andre tusinder af tidligere publikationer ved, at ingen af ​​dem havde beskrevet virkelig enkeltlags grafen over stort område. Adlayers (to- eller flerlagsregioner) har altid været til stede i sådanne film.

Forskerne forfinede vækstmetoden til kemisk dampaflejring (CVD) ved at fjerne alle kulstofforureninger inde i kobberfolierne, hvorpå der dyrkes grafen. CVD på metalfolier (især kobberfolier) er i øjeblikket den mest lovende vej for skalerbar og reproducerbar syntese af grafenfilm af stor kvalitet af høj kvalitet. Teamet undersøgte, hvorfor "adlayers" dukkede op i grafenfilmen, der var vokset på kobberfolier, og fandt ud af, at kulstofforureningerne inde i folien direkte fører til kimdannelse og vækst af adlayers. (Adlayers er områder i filmen, hvor der er 2 lag eller 3 lag til stede - flerlags "patches, " det er.)

"Vi opdagede, at de kommercielle kobberfolier har 'overskydende kulstof' især nær overfladen - til en dybde på omkring 300 nm, ved hjælp af time-of-flight sekundær ion-massespektrometri og forbrændingsanalyse. Fra en diskussion med en teknisk ekspert i Jiangxi Copper Corporation Limited, en af ​​verdens største leverandører af kobberfolier, vi lærte, at kulstoffet er indlejret i kobberfolien under fremstilling, sandsynligvis fra carbonhydridbaseret olie (r), der bruges til at smøre ruller, som kobberfolien kommer i kontakt med ved de høje rulletemperaturer, "sagde Dr. Da Luo, første forfatter til artiklen. Efter fuldstændig fjernelse af dette carbon ved glødning under H2 ved 1060 ° C, de var i stand til at opnå adlayer-fri og dermed virkelig enkeltlags grafenfilm.

Ved at anvende den samme metode, IBS-forskerne opnåede også et enkelt lag og et enkelt krystal grafenfilm på et enkelt krystal Cu folie. En af de første forfattere Meihui Wang forklarede, "Vi løste således to problemer, der vedvarende har været til stede i tidligere synteser af CVD -grafenfilm (adlayers og korngrænser (GB)) ad gangen." Ja, opnå perfekt ensartethed i antallet af lag over et stort område (enkelt- eller dobbeltlag, for eksempel) kan bruges til at sikre en ensartet enhedsydelse. Adlayer -regioner er forskellige i, f.eks., densitet og størrelse, når den er til stede i de aktive områder af enheder. Udover adlayers, GB'er er til stede i polykrystallinske grafenfilm fremstillet af CVD, hvor grafeneøer med forskellige krystallografiske orienteringer slutter sig til at fuldføre filmen. Tilstedeværelsen af ​​GB sænker transportørmobilitet og varmeledningsevne, og reducerer den mekaniske styrke.

Stadig, forskerne stod tilbage med et fascinerende træk i deres enkeltkrystalfilm:Denne enkeltkrystalgrafen indeholder stærkt orienterede parallelle "folder", der er centimeter lange, omtrent hundrede nanometer i bredden, og adskilt med 20 til 50 mikrometer. Ligesom adlayers og GB'er, folder blev observeret for signifikant at reducere bærermobiliteten af ​​grafen. For at fjerne sådanne spredningseffekter af adlayers, GB og folder, holdet mønstrede felt-effekt-transistorer i regionen, der ligger mellem to tilstødende folder og med transistorerne parallelle med folderne. I modsætning til folder fordelt kvasi-tilfældigt i den polykrystallinske grafenfilm, folderne er meget justeret i det store område enkelt krystal grafenfilm. Dette gør det let at fremstille integrerede højtydende enheder fra regionerne mellem folderne. Wang forklarede, "Området mellem to tilstødende folder er" rent "uden folder, adlayers, eller GB'er. Dette gjorde det muligt for enheden at have meget høj elektron- og hulmobilitet. Felt-effekt transistorer viser meget høje rumtemperatur bærermobilitet værdier på omkring 1,0 x 10 ⁴ cm ² V ^-1 s ^-1 . Sådan høj transportørmobilitet "oversætter" til forskellige nyttige enheder med høj ydeevne. "

Direktør Ruoff bemærkede, "Vores tilgang til stort område adlayer-fri enkeltkrystalgrafen er et gennembrud. Denne uniform, 'perfekt' enkeltlag, enkeltkrystalgrafen forventes at finde anvendelse som et ultratyndt støttemateriale til højopløselig transmissionselektronmikroskopi, og i optiske enheder. Også som en passende grafen for at opnå ekstremt ensartet funktionalisering, hvilket fører til mange andre applikationer, især til sensorer af forskellige typer. Jeg vil også gerne bemærke, at vi satte stor pris på de stærke bidrag fra medforfattere fra UNIST, fra HKUST, og fra SKKU. "Denne forskning blev støttet af Institute for Basic Science, og er blevet offentliggjort i tidsskriftet, Avancerede materialer.