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石墨烯生長(zhǎng)納米線(xiàn)技術(shù)

關(guān)鍵詞 石墨烯|2013-07-13 07:48:50|來(lái)源 中國(guó)超硬材料網(wǎng)
摘要 自組裝線(xiàn)結(jié)構(gòu)由材料成分的核和外殼組成,這是未來(lái)先進(jìn)電子設(shè)備應(yīng)具備的特質(zhì)。納米線(xiàn)作為一種半導(dǎo)體材料的納米級(jí)微型導(dǎo)線(xiàn),在晶體管、太陽(yáng)能、傳感器等方面有著潛力巨大的應(yīng)用前景。&nbs
       自組裝線(xiàn)結(jié)構(gòu)由材料成分的核和外殼組成,這是未來(lái)先進(jìn)電子設(shè)備應(yīng)具備的特質(zhì)。納米線(xiàn)作為一種半導(dǎo)體材料的納米級(jí)微型導(dǎo)線(xiàn),在晶體管、太陽(yáng)能、傳感器等方面有著潛力巨大的應(yīng)用前景。


 
        納米線(xiàn)是未來(lái)納米設(shè)備最重要的基礎(chǔ)材料,根據(jù)生長(zhǎng)納米線(xiàn)的襯底材料,不同納米線(xiàn)產(chǎn)品可應(yīng)用在各種功能性電子產(chǎn)品中。

        近日,Xiuling Li教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)利用一種“范德華外延”的方法,在半導(dǎo)體襯底材料上(諸如硅等)自下而上地生長(zhǎng)納米線(xiàn)。此類(lèi)納米線(xiàn)由一種III-V材料的物質(zhì)制成,這類(lèi)物質(zhì)材料可用于光學(xué)設(shè)備,諸如太陽(yáng)能電池和激光。

        工作人員之前曾試驗(yàn)過(guò)在硅基上生長(zhǎng)III-V納米線(xiàn),但經(jīng)常受硅的缺陷影響而實(shí)驗(yàn)效果不太理想?,F(xiàn)在,研究者嘗試在石墨烯片上研制銦鎵砷化物納米線(xiàn),借此利用石墨烯這種碳的單原子厚度材料優(yōu)越的機(jī)械性能和傳導(dǎo)性能。

        相比于堅(jiān)硬且易碎的硅,石墨烯更加纖薄柔軟;而且由于其良好的傳導(dǎo)性,石墨烯能使納米線(xiàn)直接通電。此外,石墨烯成本低廉,從一塊石墨上進(jìn)行剝落處理或碳?xì)怏w合成即可。

        Mohseni說(shuō):利用石墨烯來(lái)生長(zhǎng)納米線(xiàn)的一個(gè)原因就是為了不再選用那些又厚又貴的襯底材料。一塊普通的太陽(yáng)能電池,其制造成本將近有80%都耗在了襯底材料上。因此,質(zhì)美價(jià)廉的石墨烯就成了科研利用的最佳對(duì)象。不僅如此,石墨烯做襯底還會(huì)更多地增加一些普通襯底材料所不具備的功能。

        工作人員將銦、鎵、砷混合氣體抽取到放置有石墨烯片的容器內(nèi),石墨烯表面便開(kāi)始了垂直方向的納米線(xiàn)自行組裝生長(zhǎng),其形狀好似一片茂密的地毯。同時(shí),實(shí)驗(yàn)對(duì)照組還利用同樣的方法但只用了兩種氣體來(lái)生長(zhǎng)納米線(xiàn)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),基于石墨烯的InGaAs(銦鎵砷)納米線(xiàn)能自行分離出InGaAs核和InGaAs外殼。

        “這可是之前沒(méi)預(yù)料到的一個(gè)現(xiàn)象”,Li教授說(shuō),很多設(shè)備都需要一個(gè)類(lèi)似核殼的結(jié)構(gòu);通常情況下,在一定條件中生長(zhǎng)出核之后還要改變這些既定條件,再去生長(zhǎng)外部的殼;而基于石墨烯襯底材料的納米線(xiàn)能夠自行完成核殼生長(zhǎng),一步完事。此外,由于是自行生長(zhǎng),核與殼的界面分離十分完美。

        那么,這種自行核殼生長(zhǎng)究竟是緣于何呢?經(jīng)過(guò)研究,工作人員發(fā)現(xiàn),銦砷晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的原子間距和石墨烯結(jié)構(gòu)內(nèi)部的碳原子間距相當(dāng)。因此,當(dāng)銦、鎵、砷混合氣體被吸入容器后,結(jié)晶成核過(guò)程變開(kāi)始。銦砷近乎完美的沉積在石墨烯表面而鎵則沉積在形成的納米線(xiàn)表面。這種現(xiàn)象是研究者們不曾預(yù)料到的;因?yàn)樵谕ǔG闆r下,范德華外延法生長(zhǎng)出的材料晶體是不和襯底發(fā)生反應(yīng)的。

        此外,通過(guò)調(diào)整銦和鎵在半導(dǎo)體材料制造過(guò)程中的比例,研究者可以使納米線(xiàn)的光學(xué)性能、傳導(dǎo)性能得到合理的協(xié)調(diào)配置。

        下一步,Li教授的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用他們研制出的新型石墨烯生長(zhǎng)納米線(xiàn)來(lái)制造太陽(yáng)能電池和其他電子設(shè)備。

        該研究得到美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)能源部的支持,發(fā)表在Nano Letters上。(編譯自"Nanowires Grown On Graphene Have Surprising Structure"  翻譯:王現(xiàn))
 

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