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利用激光诱导相分离来制备石墨烯

2016-12-07 10:56
逆光飞舞
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  高分辨透射电子显微镜观察表明,仅仅是在一个30纳秒的激光脉冲后,碳化硅(SiC)衬底就融化并分离成了碳层和硅层。更多的脉冲导致碳层组织成石墨烯,而硅以气体的形式离开。

  我们所有的智能手机都有闪闪发光的AMOLED显示屏。在这些显示屏的每一个像素背后都隐藏着至少两个用激光退火技术批量制造的硅晶体管。传统的方法通常使用高于1000°C的温度来制造它们,而激光技术可以在低温下达到相同的结果,甚至是在塑料基板(熔化温度低于300°C)上。有趣的是,类似的工艺也可以被用来产生石墨烯晶体。石墨烯是一种由碳制成的强而薄的纳米材料,其导电性和导热性引起了世界各国科学家的关注。

  基础科学研究所(IBS)多维碳材料中心KEON Jae Lee教授的研究小组和韩国先进科学技术研究院(KAIST)CHOI Sung Yool教授的团队发现了采用激光诱导固相分离单晶碳化硅(SiC)来合成石墨烯的机制。这篇发表在《自然通信》上的研究论文,阐述了这种激光技术是如何能将一种复杂的化合物(碳化硅)分离成碳和硅的超薄元件的。

 

  虽然几个基础研究了解了准分子激光在转化元素材料如硅时的效应,但是因为化合物相变的复杂性和超短的处理时间,激光与更复杂的化合物如碳化硅之间的相互作用还很少被研究。

  通过高分辨率显微图像和分子动力学模拟,科学家发现,一个30纳秒的氯化氙准分子激光单脉冲辐照可以融化SiC,从而导致液体SiC层的分离,得到在上表面的一个无序的具有石墨域的碳层(约2.5纳米厚)和一个在碳层下面的多晶硅层(约5纳米)。施加额外的脉冲会导致分离的硅升华,而无序的碳层转化成多层石墨烯。

  “这项研究表明,激光与物质相互作用的技术可以成为下一代二维纳米材料的一个强大的工具,”Keon教授说。Choi教授补充说:“用激光诱导复杂化合物的相分离,将来可以合成新类型的二维材料。”IBS的Keon教授隶属于KAIST的材料科学与工程学院,而Choi教授则隶属于KAIST的电气工程学院以及石墨烯研究中心。
 

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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