http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-07-20
科技日报讯（记者刘霞）据物理学家组织网7月19日（北京时间）报道，美国科学家首次在金属上从头开始逐个原子地合成出了石墨烯纳米带——在熔炉中生长出的石墨烯的同轴六边形。发表在最新一期《美国化学会志》上的研究报告称，这种石墨烯“洋葱圈”有望用于锂离子电池和高级电子设备内。
该研究的领导者之一、莱斯大学的物理学家詹姆斯·图尔说，通常而言，通过化学气相沉积方法在一个熔炉中生长的石墨烯以一个种子（铜或其他金属表面的少许灰尘或一个隆起物）开始。在成核过程中，一个碳原子附着在该种子的表面，其他碳原子“依葫芦画瓢”，就形成了铁丝织网一样的网格。
图尔团队进行了一些实验，想弄清楚石墨烯如何在高压下以及富氢环境中生长出第一圈环。他们发现，在这样的环境下，一块快速生长的石墨烯薄片被氢化，其整个边缘会变成一个成核点。该边缘使碳原子位于石墨烯的皮肤下，碳原子在此处开始形成一块新的薄片。但因为顶部的石墨烯的生长速度很快，最终会阻止碳原子流往位于其下的新薄层，使底部的石墨烯停止生长，留下一个石墨烯环。整个过程再不断重复循环。
图尔解释道：“这一机制依靠最上面的石墨烯层阻止碳原子到达底部，最终，我们得到的是层叠的多层单晶体石墨烯‘洋葱圈’。”
图尔说：“一般情况下，如果我们不断地削一大块物体，就可以获得纳米带。但如果我们能从头开始，种植出纳米带，就能控制其边缘，而边缘的原子构造有助于确定石墨烯的电学属性。我们得到的六方形石墨烯‘洋葱圈’的边缘都是锯齿形，这就使其拥有了金属的属性。而且，我们能改变生长环境中氢与碳之间的相对压力，得到一种与普通石墨烯迥然不同的全新结构。”经过进一步测试发现，微型环在薄片下部而非顶部形成，顶部的石墨烯薄片或许可使用氩等离子体去除，留下独立的环。
这种环的宽度介于10纳米到450纳米之间，宽度也会影响电学属性，因此，找到方法控制宽度成为科学家们的下一步目标。图尔说：“如果能整齐划一地制造出10纳米宽的石墨烯带，我们就可以将其变成低电压的晶体管，这种晶体管可能适用于制造先进的锂离子电池中的锂存储设备。”
总编辑圈点
将单层石墨烯规范切割成纳米带时，边缘会出现两种可能：锯齿形或扶手椅形，不同的边缘又会赋予石墨烯不同的电性。然而，在纳米量级，要想切出宽度相等且边缘规范的石墨烯带，并不像用美工刀裁纸那么简单，更不要说是“洋葱圈”了。新研究的亮点，就是变“切割”为从一个原子开始的亲手“种植”，并找到了做“洋葱圈”的妙招。研究进行到了现在的程度，相信接下来做出完美的10纳米“洋葱圈”并不会太难。到那时，“大明星”石墨烯可能又会引起“粉丝”们的一阵膜拜，相关的股票恐怕也会再“飘红”。
《科技日报》（2013-07-20 一版）
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