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低维纳米碳材料的可控生长及其电学性能研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TB383
  • 关键词:
  • 成果简介:
    低维纳米碳材料因其独特的性能引起了学术界和工业界的广泛关注,被认为是最有可能替代硅材料的下一代电子器件材料,在信息、传感、显示和存储等领域有广泛的应用前景。低维纳米碳材料的可控制备、形貌和性能调控是实现其应用的前提和基础。围绕低维纳米碳材料制备的可控性差、生长机理不清楚和难以调控其性能等科学问题,该项目开展了创新性研究工作,形成国际特色的研究体系,所取得的主要科学发现点如下: 1)突破传统固态金属催化剂生长石墨烯的研究思路,开辟了基于液态金属催化剂生长高质量石墨烯的新方向,利用液态铜表面的各向同性消除了固态金属催化剂表面的不均匀性和晶界对石墨烯成核/生长的影响。系统研究了石墨烯成核、长大和刻蚀的微观动力学过程,实现了单晶石墨烯的快速可控生长和形貌/层数的有效调控,获得了单晶石墨烯阵列和高质量的石墨烯薄膜,促进了大规模、高质量石墨烯制备技术的发展。 2)实验上率先制备了氮掺杂的石墨烯样品,发明了高浓度氮掺杂的石墨烯单晶的低温生长技术,实现了石墨烯电学性能的有效调控,获得了空气中稳定的n-型氮掺杂石墨烯单晶材料。 3)发展了与硅电子学的加工工艺相兼容的石墨烯生长技术,提出了氧辅助、两步和接近平衡状态条件下的CVD法,在绝缘衬底上无催化生长高质量石墨烯的新思路,为石墨烯器件的直接构筑奠定了基础。 4)开发了石墨烯图案化及其修饰金属电极的新技术,借助咖啡环效应提高喷墨打印技术制备图案化石墨烯电极的加工精度,为高性能、低成本有机场效应晶体管的制备提供了有效途径,拓展了石墨烯的应用领域。 5)开展了碳纳米管的可控制备和性能调控的研究,开拓了可控制备纳米间隙电极的新方法,制备了分支和铁填充的碳纳米管,实现了对分支结构、数目、成分及填充位置的有效控制,并提出了气流波动或磁场诱导的催化剂粒子合并和分裂机理。实现了单壁碳纳米管的选择性分离/富集,对碳纳米管在电子学领域的应用具有重要意义。 该项目发表SCI论文59篇,包括J. Am. Chem. Soc.(5篇)、Proc. Natl. Acad. Sci.(1篇)、Adv. Mater.(19篇)、Acc. Chem. Res.(1篇)和Chem. Soc. Rev.(1篇),论文被SCI他引3962次,其中10篇代表作论文被他人引用2150次。研究工作多次被Materials Views (中国)、Chemitry World、Scienceness、NPG Asia Materials和科学网等学术网站进行亮点报道。研究成果获授权中国发明专利19项,签订了200万的专利实施许可合同。
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