【文章概述】

石墨烯材料自被发现起，就一直是一个热点的话题。尤其是石墨烯基宏观材料（纤维、薄膜和气凝胶）的应用范围也在慢慢进入大众的视线。一般情况下石墨烯纳米膜可以用石墨烯氧化物(GO)片制备，氧化石墨烯很容易被加工成微米大小或更大的三维物体。但是这些方法制备的材料(即使高温石墨化)也很难拥有理想的热电性能。虽然通过化学气相沉积(CVD)可以生长的高质量厘米级单层石墨烯(SLG)薄膜，但石墨烯纳米膜在转移过程经常会引入刻蚀剂和聚合物，造成样品造成污染。

【成果简介】

浙江大学高超教授、香港城市大学陆洋教授和韩国IBS低维碳材料中心Rodney S. Ruoff教授共同开发了一种冷缩法制备大面积独立支撑超薄石墨烯纳米膜的方法，可以实现从基片上分离大面积(横向尺寸高4.2 cm)氧化石墨烯(GO)组装膜(纳米级厚度)。经过3000℃的热处理就可以得到高度结晶的宏观组装石墨烯纳米薄膜(nMAGs)，规避了常规方法中聚合物和金属盐的污染。该石墨烯纳米膜具有超越单层石墨烯以及宏观组装微米厚石墨烯膜的性质，可用于热声器件，提升器件的响应度和响应速度。该方案为其他二维材料以及异质结的的制备开拓了思路，为高性能多功能高频电子器件的开发有重要的指导意义。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】

图1 石墨烯纳米膜的制备流程示意图。

（a）石墨烯纳米膜的制备过程。。

（b）在AAO 基材存在下，HI (aq) 蒸气在 60°C 下（随后）rGO 纳米膜的两个表面上的不均匀空间脱氧效应。

（c）冷却收缩机制将rGO薄膜与AAO衬底分离过程。

图2石墨烯纳米膜结构表征图。

（a）石墨烯纳米膜表面的SEM图像(顶部)及中堆叠层的横断面TEM图像。

（b）氧化石墨烯(O/C≈0.476)、还原石墨烯(O/C≈0.149)和石墨烯纳米膜(O/C≈0)的XPS数据。

（c）氧化石墨烯、rGO和石墨烯纳米膜的拉曼光谱。

（d）堆叠氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和石墨烯纳米膜的广角x射线散射。

（e）石墨烯纳米膜表面的STM图像。

（f）石墨烯纳米膜的断面TEM图像和对应的FFT模式(插图)。

（g）石墨烯纳米膜的TEM图像和相应选择区域的电子衍射图

（h）硅片上石墨烯纳米膜(厚度48 nm)的2D同步加速器GI-WAXS模式。

（i，j）16 nm和48 nm厚度的石墨烯纳米膜的AFM图像和图

图3 3μm厚度石墨烯纳米膜的微观力学行为和变形机理。

（a）基于推拉式微器件的石墨烯纳米膜原位扫描电镜拉伸测试装置。

（b）位移速率恒定为10nm/s的单轴拉伸下16nm石墨烯纳米膜的载荷位移曲线。

（c）不同厚度石墨烯纳米膜的强度和应变。

（d）微褶皱HRTEM和SEM图像。

（e）48nm石墨烯纳米膜破裂后的SEM图像，有许多微褶皱。

（f-h）在48nm石墨烯纳米膜中提取的石墨烯薄片的SEM图像。

（i）不同手性角度的平面石墨烯纳米带(GNR)和折叠石墨烯纳米带(fGNR)模型。

（j）手征角（θ）（扶手椅边缘）为0的GNR和fGNR的应力-应变曲线。

（k）可变手性角fGNR的屈服应变和应力

图4 石墨烯纳米膜的功能特性及其应用演示。

（a）通过自加热法测定石墨烯纳米膜和TGF（10μm）的热导率和电子导率的厚度依赖性。

（b）石墨烯纳米膜（24nm）和TGF的霍尔效应电子迁移率。

（c）TGF/BaF2、nMAG/BaF2和石墨的归一化差分反射率。

（d）基于nMAG的热声器件的示意图。

（e）在5cm（输入功率，1W）距离处记录的石墨烯纳米膜的SPL。。

（f）触发信号与声信号之间在1cm距离处的瞬态响应。

（g）石墨烯纳米膜/SiO₂太赫兹传感器的示意图。

（h）不同葡萄糖浓度下nMAG（24 nm）超材料的反射率曲线。

（i） 石墨烯纳米膜（24nm）超材料在不同激光（532nm）功率密度下的反射率曲线

【奇材馆点评】

本论文研究者为我们提供了一种在不使用蚀刻剂或聚合物的情况下制备大面积、独立、高度结晶的石墨烯纳米膜，且可以控制其厚度。该方案制备的石墨烯烯纳米膜表现出优异的热电性能，利用这种材料制成的石墨烯/硅太赫兹异质结传感器的性能也是非常出色。这种用于组装石墨烯纳米膜的方法也可以应用到其他2D材料的纳米膜和异质结构的制备，以实现高频功能器件等潜在应用。

【论文信息】

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