中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員王振洋團隊在高結晶石墨烯宏觀(guān)體的共價(jià)生長(cháng)及其電學(xué)行為調制方面取得系列進(jìn)展。
石墨烯是具有優(yōu)異力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能的二維碳材料。石墨烯的高效制備與宏觀(guān)組裝對其規模應用具有重要意義。目前，石墨烯宏觀(guān)體的常規制備方法如液相自組裝、3D打印和催化模板法等，僅能實(shí)現石墨烯片層間的非共價(jià)弱相互作用連接，導致石墨烯晶體結構的不連續，成為限制石墨烯宏觀(guān)體電學(xué)性質(zhì)的主要因素。?
鑒于此，研究開(kāi)發(fā)了激光輔助的layer-by-layer共價(jià)生長(cháng)方法來(lái)制備高結晶石墨烯宏觀(guān)體。分子動(dòng)力學(xué)模擬從理論上揭示了它的共價(jià)生長(cháng)機制。共價(jià)生長(cháng)法使得材料具有連續的晶體結構，且與非共價(jià)組裝相比，其跨層電導率實(shí)現了100倍的提升。該材料有助于解決石墨烯規?；瘧妹媾R的層狀堆垛、晶體質(zhì)量調控、離子輸運通道、體積效應等問(wèn)題，為石墨烯的儲能電極應用奠定了基礎。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。?
此外，為了解決石墨烯電極中低自由電子濃度導致的電導率不理想的問(wèn)題，研究將富含自由電子的銅納米粒子引入到材料體系，在Cu與石墨烯界面形成了穩定的Cu-C鍵，從而通過(guò)電子注入實(shí)現了復合材料超高的導電性能，電導率達到與純金屬接近的0.37×107 S m-1， 是純石墨烯的3000倍。研究進(jìn)一步利用X射線(xiàn)吸收精細結構（XAFS）光譜，結合密度函數理論（DFT）模擬揭示了界面結構對電導率的影響，這對石墨烯的電導率調制以滿(mǎn)足不同應用具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。
研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省科技重大專(zhuān)項和安徽省重點(diǎn)研發(fā)計劃等的支持。
