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有读书笔记Chemically homogeneous and thermally reversible oxidation of epitaxial graphene

唐唐 添加于 2012-2-29 22:53 | 5197 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Hossain MZ, Johns JE, Bevan KH, Karmel HJ, Liang YT, Yoshimoto S, Mukai K, Koitaya T, Yoshinobu J, Kawai M, Lear AM, Kesmodel LL, Tait SL, Hersam MC

  •  摘 要

    With its exceptional charge mobility, graphene holds great promise for applications in next-generation electronics. In an effort to tailor its properties and interfacial characteristics, the chemical functionalization of graphene is being actively pursued. The oxidation of graphene via the Hummers method is most widely used in current studies, although the chemical inhomogeneity and irreversibility of the resulting graphene oxide compromises its use in high-performance devices. Here, we present an alternative approach for oxidizing epitaxial graphene using atomic oxygen in ultrahigh vacuum. Atomic-resolution characterization with scanning tunnelling microscopy is quantitatively compared to density functional theory, showing that ultrahigh-vacuum oxidization results in uniform epoxy functionalization. Furthermore, this oxidation is shown to be fully reversible at temperatures as low as 260 °C using scanning tunnelling microscopy and spectroscopic techniques. In this manner, ultrahigh-vacuum oxidation overcomes the limitations of Hummers-method graphene oxide, thus creating new opportunities for the study and application of chemically functionalized graphene.

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Nature Chemistry
    • 期刊缩写: Nature Chem
    • 期卷页: 2012年
    • ISBN: 1755-4330

  • 学科领域 自然科学 » 化学

  • 相关链接 DOI URL 

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    热氧化法可提升对石墨烯光电性能的调控
    据美国物理学家组织网2月19日报道，美国西北大学研究人员采用一种新的热氧化方法，可在不损害石墨烯晶格结构的前提下提升对其光电性能的调控，向今后制备更快速、轻薄、柔性的电子产品迈进了一步。相关研究成果刊登在2月19日的《自然—化学》杂志上。
     
    石墨烯是由碳原子形成的原子尺寸蜂巢晶格结构材料，硬度超过钻石，同时又像橡胶一样可以伸 展。其导电和导热性能超过任何铜线，重量几乎为零。由此，科学家对其能够在众多领域广泛应用寄予厚望。在其应用较多的电子产品方面，许多专家认为它比硅更 具竞争力，如转换集成电路和超高速电脑、手机和相关便携式电子设备。
     
    而如何掌握调控石墨烯的电子性能，对于研究人员来说并非易事，这也正是这种材料所固有的一 个重大挑战。与半导体硅不同，石墨烯的价带和导带之间为零带隙，而带隙是电学应用的关键，能使材料实现电子流的开与关。如果其很难“关闭”通过的电流，就 不适于大量集成电路构成的数字线路。
     
    为了克服这个难点，使石墨烯更能施展本领，世界上很多研究人员都在研发检测各种能够改变该 材料的化学方法。由此产生的石墨烯氧化物通常被看作是一种缺陷态的材料，正因为其固有的缺陷及丰富的官能团，为通过化学途径来调控其光电性能提供了可能。 最普遍的是自20世纪40年代开发的Hummers方法氧化石墨烯，但其使用的强酸会对石墨烯晶格结构造成不可挽回的损害。
     
    在操作中，西北大学的研究人员将氧气泄入一个超高温的真空室，其内被加热到1500摄氏度 的热钨丝促使氧分子分解成氧原子。之后，高活性的氧原子被均匀地嵌入到石墨烯晶格之中。光谱测量显示，在石墨烯氧化物的电子特性上呈现出均有共价键结合的 大量含氧官能团，这表明其具有可调控基于石墨烯设备的属性。
     
    该大学的材料科学与工程教授马克介绍说，新方法不像Hummers法在过程中会给石墨烯氧化物带来相应的损害，所产生的石墨烯氧化物的化学同质性程度很高；并且，它的氧化过程是可逆的。由此，进一步提高了经过化学方法处理过的石墨烯的可调性。
     
    马克说：“现在尚不清楚这项工作在一夜之间将给现实世界中的应用带来怎样的影响，但显然它是朝着正确的方向迈出了一步。”（来源：科技日报 华凌）
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