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深圳先进院联合南洋理工研发出一种单层多晶石墨烯可控断裂技术

2020-01-16

近来,中国科学院深圳先进技能研讨院光子信息与动力资料研讨中心副研讨员陈明与新加坡南洋理工大学电子电气工程系教授魏磊协作,研宣布一种针对单层多晶石墨烯的可控开裂技能。相关成果以论文”Controlled fragmentation of single-atom-thick polycrystalline graphene”在线发表于Cell姊妹刊Matter,陈明为榜首作者,汪志勋为一起榜首作者,魏磊是通讯作者。 

在外加应力条件下,例如通过传统的拉伸方法拉伸纳米薄膜资料,在被拉伸的纳米薄膜资料上构成的裂纹往往具有一起呈现、随机且不可控的特征,以此得到的图画也总是无序的。这是由于基底资料的应变是大局散布的。这种大局散布的应变通过基底与纳米薄膜之间的粘附力及摩擦力传递给纳米薄膜,使得薄膜内多处缺点一起发作应力会集现象,从而使这些缺点处的部分应力到达该资料的开裂强度,构成裂纹并扩展,这些扩展的裂纹可能会进一步和其他缺点相互效果,改动裂纹的传达途径,终究构成纳米薄膜上无序的开裂图画。 

如果在拉伸纳米薄膜的过程中,基底的应变是局域散布且可控的,那么传递给纳米薄膜的应变也是局域散布且可控的,这使得纳米薄膜的可控开裂或许图画化纳米薄膜成为可能。 

根据以上主意,团队联想到了在热塑性聚合物加工范畴的颈缩工艺。该颈缩工艺是指在外加拉应力效果下,热塑性聚合物发作部分的颈缩现象,这种部分颈缩会在继续的拉应力效果下移动,且伴有激烈的局域应变,使得颈缩通过的部分宽度和厚度减小,长度延伸,终究扩展到整层聚合物。受此过程中动态传达的局域应变的启示,团队规划了一种三明治结构的单层多晶石墨烯及聚合物的复合体-聚碳酸酯/多晶石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯-并对其进行了简洁的颈缩工艺处理,终究调查到了一个十分风趣的现象:在颈缩未通过的部分,石墨烯坚持原貌;在颈缩通过之后,石墨烯开裂成有序且宽度共同的纳米尺度条带。在整个过程中,石墨烯的开裂伴随着颈缩的传达而有序的发作。  

该技能除了能够作为一种简略易操作、低成本、耗时少的纳米薄膜图画化技能,还具有以下优势:得到的石墨烯纳米带具有成数千上万倍添加的活性鸿沟。使用这个优异性质,团队证明了比较于未经有序开裂处理的多晶石墨烯薄膜,取得的石墨烯纳米带能够愈加容易地进行高浓度氮掺杂,制备成的pH化学传感器灵敏度更高。这种可控的局域应变技能,能够为定量研讨各类缺点在多晶石墨烯开裂中的行为和影响供给宏量试验数据,能够进一步说明缺点的力学行为并为石墨烯的成长和大规模使用供给辅导。 

本研讨工作得到了国家自然科学基金等科技项目支撑。 

论文链接:https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-238530340-6 

使用局域应变裁剪技能完成单层多晶石墨烯的可控开裂

 

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