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研究50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜

深圳市賽姆烯金科技有限公司 ? 來源:Nano-Micro Letters ? 2023-04-10 10:20 ? 次閱讀

01

背景介紹

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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構和電子、聲子行為特征,同時具有寬的作用截面、長的載流子弛豫時間,是良好的熱學、電學以及光電研究平臺。目前,石墨烯納米膜的可控制備尚未實現。本文以氧化石墨烯(GO,杭州高稀科技)/聚丙烯腈(PAN)復合薄膜為前驅體,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具有良好的電學性能:載流子遷移率,1540 cm2V?1 s?1;電導率,2.04 MS m?1;載流子壽命4.7 ps。將其應用于電磁屏蔽,nMAG的高電導率降低了其最低商用厚度(100 nm,20 dB);將其應用于紅外探測,nMAG的強光致熱發(fā)射效應將石墨烯/硅二極管的響應波長從1.5 μm擴展到了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的分解構建nMAG氣體逸散通道,抑制氣囊的產生、降低組裝石墨烯厚膜的褶皺密度,進而提升薄膜導電、導熱能力。

02

成果掠影

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浙江大學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,可以交聯氧化石墨烯、減少復合薄膜和基底的界面作用力,進而消除基底剝離對基底種類、結構及面積的依賴性;在高溫二維晶化過程中,PAN可以輔助構建原子級氣體逸散通道,促進納米膜厚度提升;此外,氧化石墨烯可以催化PAN二維結晶,形成完整的石墨烯晶格。nMAG具有良好的電學性能:載流子遷移率,1540 cm2V?1 s?1;電導率,2.04 MS m?1;載流子壽命4.7 ps。將其應用于電磁屏蔽,nMAG的高導電性將其達成商用最小屏蔽效果(20 dB)的材料厚度降低到了100 nm;將其應用于紅外探測,強光致熱發(fā)射(PTI)效應將擴展了石墨烯/硅二極管的響應波長從1.5 μm擴展到了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,進而抑制氣囊的產生。所制備10 μm厚的石墨烯薄膜表現出了較低的折皺密度以及高的導熱系數(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圖文導讀

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圖1.超薄自支撐GO/PAN薄膜的制備。

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圖2. 基于PAN原子氣體溢出通道。

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圖3.nMAG的結構和柔性。

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圖4. nMAG的電學性能和應用。

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圖5.由200 nm nMAG 組裝的10 μm mMAG的熱性能。

審核編輯 :李倩

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原文標題:研究 \ 50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜

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