研究50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜

01

背景介紹

石墨烯納米膜是石墨烯的體相形態(tài)之一，其繼承了單層石墨烯的原子結(jié)構(gòu)和電子、聲子行為特征，同時(shí)具有寬的作用截面、長的載流子弛豫時(shí)間，是良好的熱學(xué)、電學(xué)以及光電研究平臺(tái)。目前，石墨烯納米膜的可控制備尚未實(shí)現(xiàn)。本文以氧化石墨烯(GO，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)復(fù)合薄膜為前驅(qū)體，利用基底替換和協(xié)同石墨化策略，制備了大面積、密堆積的組裝石墨烯納米膜(nMAG)(橫向尺寸，20cm；厚度范圍，50-600 nm)。nMAG具有良好的電學(xué)性能：載流子遷移率，1540 cm2V?1 s?1；電導(dǎo)率，2.04 MS m?1；載流子壽命4.7 ps。將其應(yīng)用于電磁屏蔽，nMAG的高電導(dǎo)率降低了其最低商用厚度(100 nm，20 dB)；將其應(yīng)用于紅外探測，nMAG的強(qiáng)光致熱發(fā)射效應(yīng)將石墨烯/硅二極管的響應(yīng)波長從1.5 μm擴(kuò)展到了4 μm。此外，作者將nMAG(200 nm)和聚乙烯醇(PVA)層層組裝成10 μm厚的石墨烯膜，通過PVA的分解構(gòu)建nMAG氣體逸散通道，抑制氣囊的產(chǎn)生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度，進(jìn)而提升薄膜導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力。

02

成果掠影

浙江大學(xué)高超課題組以氧化石墨烯(GO，28 μm，杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)薄膜為前驅(qū)體，利用基底替換和協(xié)同石墨化策略，制備了大尺寸和緊密堆疊的組裝石墨烯納米膜(nMAG，橫向尺寸20 cm，厚度范圍50-600 nm)。PAN的引入，可以交聯(lián)氧化石墨烯、減少復(fù)合薄膜和基底的界面作用力，進(jìn)而消除基底剝離對基底種類、結(jié)構(gòu)及面積的依賴性；在高溫二維晶化過程中，PAN可以輔助構(gòu)建原子級氣體逸散通道，促進(jìn)納米膜厚度提升；此外，氧化石墨烯可以催化PAN二維結(jié)晶，形成完整的石墨烯晶格。nMAG具有良好的電學(xué)性能：載流子遷移率，1540 cm2V?1 s?1；電導(dǎo)率，2.04 MS m?1；載流子壽命4.7 ps。將其應(yīng)用于電磁屏蔽，nMAG的高導(dǎo)電性將其達(dá)成商用最小屏蔽效果(20 dB)的材料厚度降低到了100 nm；將其應(yīng)用于紅外探測，強(qiáng)光致熱發(fā)射(PTI)效應(yīng)將擴(kuò)展了石墨烯/硅二極管的響應(yīng)波長從1.5 μm擴(kuò)展到了4 μm。此外，作者通過將200 nm厚的nMAG層層組裝，降低薄膜氣體逸散阻力，進(jìn)而抑制氣囊的產(chǎn)生。所制備10 μm厚的石墨烯薄膜表現(xiàn)出了較低的折皺密度以及高的導(dǎo)熱系數(shù)(1581 W m?1 K?1)。研究成果以“Flexible Large?Area Graphene Films of 50–600 nmThickness with High Carrier Mobility”為題發(fā)表于《Nano-Micro Letters》。

03圖文導(dǎo)讀

圖1.超薄自支撐GO/PAN薄膜的制備。

圖2. 基于PAN原子氣體溢出通道。

圖3.nMAG的結(jié)構(gòu)和柔性。

圖4. nMAG的電學(xué)性能和應(yīng)用。

圖5.由200 nm nMAG 組裝的10 μm mMAG的熱性能。

審核編輯 ：李倩