超平整!造出一層石墨烯不只是撕膠帶就完了


超平整!造出一層石墨烯不只是撕膠帶就完了

2004年,安德烈·海姆“夥同”康斯坦丁·諾沃肖洛夫在實驗室裡刻苦地做實驗——也就是撕膠帶,結果大噶也知道了,他們不僅撕出了石墨烯,還撕出了2010年諾貝爾物理學獎!!!


超平整!造出一層石墨烯不只是撕膠帶就完了


不過,這撕膠帶怎麼就搞出來傳說中的“二維”材料了呢?!實際上還真滴很簡單,眾所周知,咱們平時用的石墨不過是多層石墨烯疊出來的,雖然石墨烯這玩意兒很強,比鋼鐵強度都要高個200倍,但每層石墨烯之間就只有範德華力作牽引,一個膠布的粘性足以將兩層石墨烯分開。

但...這石墨烯單層可是足足有0.355納米啊,你琢磨琢磨~ 一毫米的石墨就有150萬餘層的石墨烯,假設你撕一下要一秒鐘,差不多也得撕個150萬次吧,也就是150萬秒≈416小時≈17天。喲~ 不吃不喝不睡,才17天嘛,看來,你離諾貝爾獎除了能發現“科學”的慧眼外,就差一個好的肝了!俗話說,只要有個好的肝,愚公一人也移山!


超平整!造出一層石墨烯不只是撕膠帶就完了


不過科學家們覺得,都一大把歲數了,耗了那麼多天肝,才獲得這一層石墨烯,而且才膠帶這麼大點的石墨烯,這產出成本太高了吧!不行,得想個辦法!於是fu~ 陸陸續續各種製備單層石墨烯的方法就隆重登場了。其中,最受廣大群眾歡迎的還是咱們CVD——化學氣相沉積方法(Chemical Vapor Deposition)

這個方法其實就是將一堆含碳反應物,即碳源前驅體,導入到一個反應室在一定條件下發生分解反應,這個反應室底有個基底,也就是咱們石墨烯的生長搖籃,這個基底會催化前驅體反應。前驅體中的碳碎片覺得,嗯,這個基底啊看著很舒服啊,要不上去躺一會兒,然後就乖乖躺上去了..... 本來這個反應室是沒有單層石墨烯的,躺上去的碳碎片多了,大傢伙便湊和湊和吧,也就長成了這麼一個石墨烯。剩下的廢氣會通過反應室的排氣系統排出去,去完成他們人生中的下一個使命。

哇塞,這下好了,是不是這個基底有多大,咱這個石墨烯就可以做多大捏??如果是這樣,這豈不是美滋滋!!來人,給芳老師整個“太平洋”基底!!(哈哈哈,美夢到此,收~)


超平整!造出一層石墨烯不只是撕膠帶就完了


要是石墨烯就這樣給弄出來了,現在早就開始量產了...

科學家們發現,這個CVD有個bug,那就是碳原子們會和基底發生強耦合作用,使得石墨烯和基底難以分離。而所謂強耦合,其實就是這石墨烯和基底啊,互相之間太喜歡了,這碳原子躺到基底上就不願下來了,就像過年了,大冬天的,暖和的被窩激發了你身體裡的肥宅屬性,除非生理需求,否則天塌下來也不能將你與床分離...

如果你要強行弄下來吧,這石墨烯就給破壞了。而且還有一大難點—— 石墨烯在生長過程中由於與基底的熱脹率差異因素還容易生成褶皺,褶皺多了會極大滴影響石墨烯的性能。咱們想要的是大尺寸,超平整的石墨烯,所以強行將石墨烯喚醒,導致石墨烯有起床氣這一方法是在不太靠譜...

終於,在南京大學物理學院高力波教授團隊的精心“搗鼓”下,他們發現,用質子輔助的辦法可以有效滴消除褶皺,能更高效地製備出高性能的石墨烯~ 那什麼是質子輔助呢 ?也就是在石墨烯生長的時候,在反應室通入大量高溫氫氣。好好學過初中化學的小朋友都知道哦,氫氣是兩個帶電子的單個質子以化學鍵的形式結合的嘛~ 研究人員們發現在高溫、高濃度下,氫氣等離子體可以減弱石墨烯與基底的耦合作用。這樣,石墨烯沒有了起床氣,分離它和基底是不是就更容易啦~

這項以“質子輔助生長超平整石墨烯薄膜(Proton-assisted Growth of Ultra-flat Graphene Films)

”為題的成果發表在我們非常熟悉的《Nature》雜誌上,這個Impact factor為43.07(2018)的著名學術期刊芳老師覺得就不需要俺多費口舌辣。想拜讀高力波教授(通訊作者)團隊的文章趕緊馬克鴨!!希望對你學術之路有幫助鴨!!

都到這兒了,芳老師給大家拜個晚年叭~祝大家鼠年,牛逼!!喜歡芳老師這篇文章的知友們,歡迎禮貌三連哦~


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