石墨烯的涟漪影响其渗透性能

  近日，浙江大学信息与电子工程学院、硅材料国家重点实验室徐明生教授课题组与浙江大学化学系刘迎春副教授及中科院物理所高鸿钧院士、郭海明研究员合作研究发现：石墨烯的涟漪（ripple）对石墨烯的渗透性能具有重要影响。相关工作"Permeation through graphene ripples"发表在二维材料的专业期刊《2D Materials》上(http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/aa59ca)。
    石墨烯的涟漪是石墨烯的本质特征，也是二维的石墨烯能够稳定存在的条件之一。已有研究报道石墨烯的涟漪对于其电子性能、输运行为和化学反应活性具有很重要的影响，但是涟漪对于石墨烯渗透性能的影响并没有被报道。另外，理想的蜂窝状排列的平面碳原子对于任何原子和分子具有不可渗透的特性；但实际制备得到的石墨烯薄膜与完美的蜂窝状排列的平面碳原子相比，抗渗透性能大为下降，之前的工作归因于石墨烯薄膜中的缺陷以及晶界。
    在这一工作中，该合作团队对在铜箔上的石墨烯单晶进行实验和理论研究发现：石墨烯的涟漪是常温下物质渗透石墨烯的一条通道，在晶界处并没有观测到物质渗透。石墨烯涟漪的位置通过扫描隧道显微镜（STM）确定；通过对暴露于特定氛围中的石墨烯/铜样品的扫描氦离子显微镜（SHIM）以及俄歇电子能谱(AES)等的表征，标定了样品的起始氧化位置以及氧化进行路径。通过对比石墨烯晶界处的铜表面氧化情况，确定了石墨烯中的涟漪作为渗透通道的实验结论。同时，密度泛函理论（DFT）计算表明，涟漪的存在大大地降低了氧原子渗透石墨烯的能量势垒，使得渗透成为可能。

 
本研究得到科技部国家国际科技合作专项、教育部新世纪优秀人才计划、国家自然科学基金等项目资助。


日期：2017-01-18 09:09  石墨烯的涟漪影响其渗透性能