南科大蔡念鐸利用樟腦實(shí)現(xiàn)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法合成石墨烯的轉(zhuǎn)移

南科大蔡念鐸利用樟腦實(shí)現(xiàn)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法合成石墨烯的轉(zhuǎn)移

近日，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授程春課題組的2015級(jí)本科生蔡念鐸作為共同第一作者在膠體與界面化學(xué)領(lǐng)域知名期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（IF=5.091）上發(fā)表了關(guān)于利用樟腦實(shí)現(xiàn)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition,CVD）合成石墨烯的簡(jiǎn)便高效、大面積高質(zhì)量轉(zhuǎn)移的相關(guān)研究成果。

石墨烯是一種新型的碳納米材料，具有獨(dú)特的二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，以及優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等性能，因而在電子器件、光學(xué)器件、傳感器件、電化學(xué)儲(chǔ)能、復(fù)合材料、熱學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。



化學(xué)氣相沉積法是目前大規(guī)模制備高品質(zhì)石墨烯薄膜的有效方法，其中基于銅鎳等金屬基底的CVD生長(zhǎng)是目前常用的制備工藝。然而此法合成的石墨烯需要被轉(zhuǎn)移至特定目標(biāo)基底（如SiO2/Si、石英、塑料等）以進(jìn)行進(jìn)一步的性能研究和應(yīng)用。通過(guò)大分子聚合物作為轉(zhuǎn)移輔助層的濕法刻蝕轉(zhuǎn)移是目前廣泛使用的方法之一，最常用的是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。然而由于PMMA在石墨烯上的吸附能高，因此難以去除干凈，影響所制備的石墨烯的品質(zhì)。盡管近年來(lái)相關(guān)研究探索了一些有機(jī)小分子化合物用于轉(zhuǎn)移輔助層的效果，但大部分小分子輔助層都不能提供足夠的支撐，造成石墨烯薄膜的褶皺和破損。



基于這樣的研究背景，程春課題組研究了許多聚合物以及小分子化合物，分析其作為轉(zhuǎn)移輔助層的可能性。有一天，蔡念鐸偶然間聞到了衣柜里樟腦丸的味道，聯(lián)想到易于揮發(fā)通常意味著較小的分子間作用力，于是提議將樟腦作為研究對(duì)象。這一提議得到了團(tuán)隊(duì)成員的支持。回想起這個(gè)“靈光一現(xiàn)”的時(shí)刻，蔡念鐸說(shuō)，自己那段時(shí)間有點(diǎn)“沉迷”，衣食住行時(shí)經(jīng)?！胺中摹彼伎佳芯?jī)?nèi)容，沒(méi)想到因此能從生活的細(xì)節(jié)中舉一反三，獲得了這項(xiàng)研究靈感。



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（a）DFT計(jì)算石墨烯與樟腦分子的吸附能，并與其他常用材料對(duì)比；（b-c）轉(zhuǎn)移技術(shù)流程圖與對(duì)應(yīng)實(shí)物圖



團(tuán)隊(duì)研究后發(fā)現(xiàn)，樟腦與石墨烯表面吸附能較小，作為輔助轉(zhuǎn)移層時(shí)可以僅通過(guò)室溫下干燥升華、低溫短時(shí)間退火或無(wú)水乙醇試劑清洗被完全除去。這避免了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方法中去除轉(zhuǎn)移支撐層所使用的有機(jī)試劑長(zhǎng)時(shí)間浸泡和高溫退火等操作，減少了對(duì)石墨烯薄膜的品質(zhì)損壞，并擴(kuò)展了石墨烯在諸多柔性基底上的應(yīng)用。



除此之外，在使用自制的樟腦溶液旋涂至石墨烯薄膜上并刻蝕掉銅基底時(shí)，石墨烯薄膜周圍形成了一層樟腦油包圍層，對(duì)石墨烯薄膜提供了緊固保護(hù)。團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，由于樟腦油層在水溶液面上具有向外拉力的特性，被轉(zhuǎn)移到特定基底上的石墨烯表面更不易形成褶皺，品質(zhì)更高。這項(xiàng)技術(shù)簡(jiǎn)便高效、價(jià)格低廉、成品質(zhì)量高，具備一定大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用前景。



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光學(xué)顯微鏡和電子掃描顯微鏡表征表面形貌圖像



蔡念鐸是我校材料科學(xué)與工程系2015級(jí)本科生，目前已經(jīng)收到包括美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院等多個(gè)學(xué)校的offer，決定畢業(yè)后前往瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院繼續(xù)深造。在2019年QS世界排名中，該校的材料科學(xué)專業(yè)排名全球第六。蔡念鐸在大二時(shí)加入程春研究團(tuán)隊(duì)并開(kāi)始在二維材料領(lǐng)域的探索，在程春的指導(dǎo)下獨(dú)立開(kāi)始了該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)，并與前課題組研究學(xué)者B.N.Chandrashekar博士共同完善了該項(xiàng)工作。目前，相關(guān)研究成果已經(jīng)提交PCT專利申請(qǐng)。



該研究工作得到了多項(xiàng)基金的支持，包括國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)杰出青年基金、粵港聯(lián)合創(chuàng)新項(xiàng)目、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)孔雀團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目資助、南科大科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、以及廣東省大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金（“攀登計(jì)劃”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”）等。

本文出自東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司官網(wǎng)：http://www.qcwgm.com 權(quán)威發(fā)布，    東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司是一家集銷售、應(yīng)用開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品加工的石墨專業(yè)廠家，專門為模具行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、真空熱處理爐、電子半導(dǎo)體及太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)等提供石墨材料、石墨電極和相關(guān)的石墨制品，歡迎致電13549365158更多關(guān)于石墨制品方面信息，可回本網(wǎng)站產(chǎn)品頁(yè)面詳細(xì)了解點(diǎn)擊：石墨制品  石墨模具  石墨坩堝 石墨轉(zhuǎn)子 石墨軸承 石墨板 石墨棒 石墨匣體 石墨熱場(chǎng) 真空爐石墨制品 電子石墨模具