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石墨烯单晶的自组装:第一个二维超有序结构

正如Arthur C. Clarke所言,任何流畅的功能化技术都会有一个奇妙的外观("Any smoothly functioning technology will have the appearance of magic")。无论小至原子、单分子,还是大到复杂的结构单元,自组装衍生出的更高一级结构总能给我们带来很大的惊喜。自组装的简便性和高效性更是使得其成为将材料结构单元有序化排列的不二法门。石墨烯作为首个被发现的二维原子晶体,它一直以其优异的物理化学性质惊艳着业界,尤其是其在电学、光电器件领域中的应用更是让我们尤为期待。故而高质量的二维晶体的自组装势必将引发新一轮的研究浪潮,这对于集成器件或的发展将极具吸引力


武汉大学付磊教授的先进纳米材料实验室(LAN)率先在这一领域取得了突破。他们基于化学气相沉积(CVD)方法,以石墨烯为例,实现了高质量单晶的自组装,首次获得了二维材料的超有序结构。他们独到地选择了液态金属这一特殊物态的基底,相较于传统的固态基底,液态金属的高催化活性和自限制生长模式保证了高质量均匀石墨烯单晶的生长,其表面的流动性更是为石墨烯单晶提供了一个自组装的平台。他们采用预播种和气流扰动策略,实现了石墨烯单晶在液态基底表面的超有序自组装。整个石墨烯超有序结构表现出非常优异的周期性,每个石墨烯结构单元尺寸和间距均一。值得注意的是,超有序结构中的石墨烯单晶的取向也是高度一致,这得益于石墨烯生长过程中产生的各项异性的静电力。更有趣的是,通过改变扰动气流的大小,石墨烯超有序结构的周期性可以被精确调控,通过固态碳源的设计,石墨烯单元的化学性质可以被广泛调节,从而满足未来不同的应用需求。可以预期,如若能将此种方法拓展至其它二维材料,必将开辟一个高质量二维原子晶体材料在二维尺度上自组装的新世界,这将为二维材料在未来集成器件中的工业化应用带来极大的突破。这一研究成果发表于《J. Am. Chem. Soc.》上。


http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b03208


原文:Self-Assembly of Graphene Single Crystals with Uniform Size and Orientation: The First 2D Super-Ordered Structure

J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 7812-7815, DOI: 10.1021/jacs.6b03208


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