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    他們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)采用含氮分子吡啶作為碳氮源利用吡啶分子在銅箔表面的催化脫氫自組裝可以將氮摻雜石墨烯的生長(zhǎng)溫度降低到300℃。制備的高含氮量摻雜石墨烯具有四邊形形貌特征（圖3），呈現(xiàn)陣列型排列，且具備高質(zhì)量的單晶結(jié)構(gòu)。得到的氮摻雜石墨烯無(wú)論在空氣條件下還是在真空條件下均表現(xiàn)出穩(wěn)定的n-型特征，其遷移率可以達(dá)到53.5−72.9 cm²/Vs，高于文獻(xiàn)報(bào)道高溫條件下制備的氮摻雜石墨烯。本方法與目前主流氮摻雜石墨烯的制備方法相比具有四邊形形貌的單晶陳列，高含氮量，低溫及n-型性能穩(wěn)定等顯著特征。該研究成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》（JACS，2012，134，11060）上。

圖3 摻氮石墨烯的形貌特征

    噴墨打印技術(shù)圖案化石墨烯電極。咖啡環(huán)效應(yīng)（coffee-ring effect）是指溶液或懸濁液液滴在固體表面揮發(fā)干之后，有時(shí)會(huì)在液滴的邊緣形成環(huán)狀污跡的現(xiàn)象。當(dāng)采用溶液法成膜時(shí)，咖啡環(huán)效應(yīng)常常引起薄膜的均勻性下降，因此科學(xué)家們一直研究并試圖消減這種效應(yīng)。最近他們巧妙地利用咖啡環(huán)效應(yīng)，大大提高噴墨打印技術(shù)（inkjet printing）的分辨能力，而分辨能力常常被認(rèn)為是制約噴墨打印技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。這項(xiàng)新方法他們稱為咖啡環(huán)平面印刷術(shù)（coffee-ring lithography），可被用來(lái)制備短溝道的石墨烯電極。

    通過(guò)噴墨打印機(jī)和咖啡環(huán)平面印刷術(shù)（實(shí)驗(yàn)過(guò)程見(jiàn)圖4），他們制備出溝道長(zhǎng)度1-2微米的石墨烯電極。基于這種高分辨石墨烯電極，他們還制備了有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（并五苯飽和區(qū)遷移率0.2 cm²/Vs）和互補(bǔ)性倒相器（增益22）。這種新方法提示人們?nèi)绾芜M(jìn)一步的提高溶液法加工技術(shù)的加工精度，并且給出了一種方便的途徑進(jìn)行石墨烯的圖案化。相關(guān)工作發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Adv. Mater., 2012, 24, 436）上。

圖4 噴墨打印技術(shù)圖案化石墨烯電極

    定量分析了第一分子層在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的作用。他們制備了基于石墨烯電極的高性能的單分子層和多層p型并五苯和n型苝酰亞胺場(chǎng)效應(yīng)晶體管（圖5），并證實(shí)了第一分子層在薄膜生長(zhǎng)和器件傳輸性質(zhì)中起到的重要作用。他們獲得了有關(guān)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和薄膜形貌隨著襯底溫度變化的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了兩種分子生長(zhǎng)模式的轉(zhuǎn)變，以及不同的擴(kuò)散活性，進(jìn)而加深了對(duì)熱動(dòng)力學(xué)控制的有機(jī)分子生長(zhǎng)的了解。同時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量的第一分子層有利于晶體管器件整體性能的提高。因此，獲得連續(xù)性好的，有序性高的第一分子層，也是獲得高性能的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的重要途徑。相關(guān)研究發(fā)表在近期的《先進(jìn)材料》（Adv. Mater., 2012, 24, 1471）上。

圖5 有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的第一分子層的作用

    多層石墨烯修飾導(dǎo)電原子力顯微鏡針尖。他們發(fā)現(xiàn)借助多層石墨烯修飾的導(dǎo)電AFM針尖，相比于傳統(tǒng)的金導(dǎo)電針尖，能夠獲得高性能的，重復(fù)性高的分子結(jié)（圖6）。通過(guò)對(duì)硫醇分子結(jié)的電荷傳輸行為的表征，他們發(fā)現(xiàn)由石墨烯修飾的針尖構(gòu)建的硫醇分子結(jié)的電阻差異性只有2左右，而金導(dǎo)電針尖測(cè)得的硫醇分子結(jié)的電阻差異性最大達(dá)到了3個(gè)量級(jí)。結(jié)果表明石墨烯修飾針尖有利于降低金導(dǎo)電針尖上的污染程度，從而獲得重復(fù)性好的分子結(jié)。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)石墨烯修飾的針尖具有出色的操作穩(wěn)定性，連續(xù)3600s的長(zhǎng)時(shí)間操作，基于此針尖的硫醇分子結(jié)的電流略微降低。相比于金導(dǎo)電針尖，石墨烯修飾的針尖不易磨損，連續(xù)操作12小時(shí)后，分子結(jié)的電流無(wú)明顯變化。同時(shí)，他們將石墨烯修飾的針尖放置于空氣中60天后，發(fā)現(xiàn)基于烷基硫醇分子結(jié)的電阻差異性并無(wú)多大變化。這一結(jié)果說(shuō)明石墨烯修飾的針尖的空氣穩(wěn)定性十分出色，相比于金導(dǎo)電針尖不易氧化，進(jìn)一步證明了石墨烯修飾的針尖可以作為一種研究分子結(jié)的電學(xué)性質(zhì)的有效工具。相關(guān)研究發(fā)表在近期的《先進(jìn)材料》（Adv. Mater. 2012, 26, 3482）上，并被該雜志選為frontispiece。Wiley出版社在Materials Views（中國(guó)）網(wǎng)站報(bào)道了該結(jié)果。

圖6 多層石墨烯針尖用于表征硫醇分子結(jié)

    近期，他們應(yīng)Acc. Chem. Res.雜志的邀請(qǐng)，撰寫(xiě)了“Controllable Chemical Vapor Deposition Growth of Few Layer Graphene for Electronic Devices”的述評(píng)（DOI:10.1021/ar300103f）。主要基于他們自己的研究結(jié)果分別就少數(shù)層石墨烯的可控制備，圖案化生長(zhǎng)，摻氮石墨烯，模板法制備石墨烯帶，無(wú)金屬催化劑生長(zhǎng)多晶石墨烯，以及基于少數(shù)層石墨烯制備的電子器件，包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管，納米機(jī)電開(kāi)關(guān)等進(jìn)行了評(píng)述，并就目前存在的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題，今后的發(fā)展方向和前景提出了他們的看法。