莫斯科物理和技术研究所 两种纳米带边缘构型
粉红色的碳原子网络是一个之字形边缘的丝带，黄色的有所谓的扶手椅形边缘
请注意，虽然纳米带有许多不同的宽度，但图像中的纳米带通常都被认为有七个原子宽
信用:达里娅·索科尔/MIPT新闻办公室 俄罗斯研究人员提出了一种合成高质量石墨烯纳米带的新方法，这种材料有望应用于柔性电子器件、太阳能电池、发光二极管、激光等领域
与目前使用的贵金属基底上的纳米带自组装相比，在《物理化学杂志》上发表的化学气相沉积的原始方法以更低的成本提供了更高的产率
硅基电子产品正稳步接近它们的极限，人们想知道哪种材料能给我们的设备带来下一个巨大的推动力
石墨烯，碳原子的二维薄片，浮现在脑海中，但尽管它有着著名的电子特性，却没有它所需要的:与硅不同，石墨烯不具有在导电和非导电状态之间切换的能力
像硅这样的半导体的这一决定性特征对于制造晶体管至关重要，晶体管是所有电子器件的基础
然而，一旦你将石墨烯切割成窄条，只要边缘具有正确的几何形状并且没有结构缺陷，它们就会获得半导体特性
这种纳米带已经被用于具有相当好特性的实验晶体管中，这种材料的弹性意味着这种器件可以制成柔性的
虽然将二维材料与三维电子器件集成在一起在技术上具有挑战性，但纳米带不能取代硅并没有根本的原因
获得石墨烯纳米带的更实际的方法不是通过切割石墨烯片或纳米管，而是相反，通过一个原子一个原子地生长材料
这种方法被称为自下而上的合成，与自上而下的合成不同，它产生了结构完美、因此在技术上有用的纳米带
目前占主导地位的自下而上合成方法，即自组装，成本高，难以在工业生产中推广，因此材料科学家正在寻找替代方法
“石墨烯纳米带是一种基础科学感兴趣的材料，有望应用于各种未来器件
然而，合成它的标准技术有一些缺点，”MIPT纳米碳材料实验室的高级研究员帕维尔·费多托夫解释说
“维持超高真空和使用金衬底的成本非常高，而且材料产量相对较低
" “我和我的同事们提出了一种合成原子级完美纳米带的替代方法
它不仅在正常的真空下工作，而且使用便宜得多的镍衬底，由于纳米带是作为多层膜而不是单独生产的，产量增加了
为了将这些薄膜分成单层带，它们被置于悬浮状态，”研究人员继续说道
“重要的是，这些都不会影响材料的质量
我们通过获得适当的拉曼散射轮廓和观察我们的纳米带的光致发光来证实缺陷的不存在
" 为纳米带的制造提供了一种新的有效方法
信用:达里娅·索科尔/MIPT 石墨烯纳米带有不同的类型，俄罗斯科学家使用他们最初的化学气相沉积技术制造的纳米带具有图中右侧所示的结构
它们有7个原子宽，边缘让人想起扶手椅，因此得名:7-A石墨烯纳米带
这种类型的纳米带具有对电子学有价值的半导体性质，不像它的7-Z表亲那样具有锯齿状边缘(如图所示)，其行为类似于金属
合成发生在一个抽空到标准大气压百万分之一的气密玻璃管中，这个大气压仍然比纳米带自组装通常需要的超高真空高10000倍
最初使用的试剂是一种含有碳、氢和溴的固体物质，被称为DBBA
它被放置在带有镍箔的管中，在1000摄氏度下预退火以去除氧化膜
然后将带有DBBA的玻璃管分两个阶段进行热处理几个小时:首先在190℃，然后在380℃
第一次加热导致长聚合物分子的形成，在第二阶段，它们转变成具有原子级精确结构的纳米带，密集堆积成高达1000纳米厚的薄膜
获得薄膜后，研究人员将它们悬浮在溶液中，并将其暴露在超声波下，将多层“叠层”打碎成一个原子厚的碳纳米带
使用的溶剂是氯苯和甲苯
先前的实验表明，这些化学物质对于以稳定的方式悬浮纳米带是最佳的，可以防止聚集成叠层和出现结构缺陷
纳米带的质量控制也是通过光学方法在悬浮液中进行的:拉曼散射和光致发光数据的分析证实该材料没有明显的缺陷
因为用于制造无缺陷多层7-α碳纳米带的新合成技术相对便宜且易于放大，这是将该材料引入电子和光学器件的大规模生产的重要一步，最终将大大优于目前存在的器件
“经验表明，一旦发现新的碳材料，这意味着新的性能和新的应用
和石墨烯纳米带没有什么不同，”纳米碳材料MIPT实验室的负责人埃琳娜·奥布拉斯特娃回忆道
“最初，纳米带是在单壁碳纳米管中合成的，用来限制带的宽度
正是在这些嵌入的纳米带上，发光最初被证明，其参数随着纳米管的几何形状而变化
" “我们的新方法——自下而上的化学气相沉积——能够在相当温和的条件下大量生产超窄的石墨烯带:适度的真空、镍基底
所得材料显示出明亮的激子光致发光
这对于非线性光学的许多应用是有希望的，这也是我们将要追求的，”研究人员补充道
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