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『石墨烯 制备』《Science》报告意大利科学家研制基于镍的高品质石墨烯

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《Science》上发表的一篇研究报告(“在镍上实现原子促进的石墨烯生长的实时成像”)揭示了镍在石墨烯片生长中的催化作用。由意大利国家研究委员会(Iom-Cnr)和里雅斯特大学开展的这项研究提供了新的战略,可以改进石墨烯材料的工业生产。

 

石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料。它像塑料一样具有柔韧性,并且表现出比钢高100倍的机械强度。因此,它被认为适用于工业和技术领域的多种用途。但是,这种材料生产很困难,使用起来非常昂贵。

意大利国家研究委员会(Iom-Cnr)和意大利的里雅斯特大学物理系在意大利的里雅斯特(Trieste)进行的这项研究确定了镍表面石墨烯生长的机制,为生产技术带来新的可能性。

 “我们知道,单个原子总是存在于金属表面,在那里它们可以自由地移动并参与其中发生的许多过程,”Iom-Cnr的Cristina Africh解释道。“在我们的研究中,我们已经表明,在镍表面上,移动的金属原子起到催化剂的作用,促进了石墨烯的形成”。

通过近年来与Elettra-Sincrotrone Trieste合作开发的高速扫描模块,科学团队能够实时记录这一过程,揭示单个表面原子的行为,并且最近由于欧盟资助而得到改进。

研究人员介绍说:“使用扫描隧道显微镜,我们拍摄了石墨烯片在其生长期间发生的情况,在大约450摄氏度的温度,每秒最多可以收集60幅图像,帧速率远高于电影摄影或电视中使用的和人眼感知的帧速率。

从视频中可以清楚地看到,成长过程是逐行进行的,就像编织一根线形成一块布的针织机一样:在微观层面上,各个镍原子执行与机针相同的功能,增加按照有序的顺序对织物边缘进行新的缝合。自里雅斯特大学的Giovanni Comelli解释道。“我们大学在Maria Peressi的指导下进行数值模拟,并与国家科尔多瓦大学(阿根廷)合作开展大部分基于量子力学的研究,阐明了实验结果的所有细节,并清楚地解释了镍原子的作用,通过将它们暂时附着在石墨烯边缘,允许包含新的碳原子。”

Africh总结道:“除了其相关的科学价值之外,这个结果对于应用而言是相当重要的,因为目前用于工业生产石墨烯的最广泛使用的方法之一是利用镍基底来生长以少量缺陷为特征的石墨烯层以降低生产成本。因此,了解迄今为止未知的增长机制的细节,对于确定在工业水平上开发新的和更高效的石墨烯生产工艺的战略至关重要。”

资料来源:Consiglio Nazionale delle Ricerche

 

文献链接:Laerte L. Patera et al. Real-time imaging of adatom-promoted graphene growth on nickel, Science (2018). DOI: 10.1126/science.aan8782

 



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