石墨烯的涟漪、皱纹和褶皱

日期:2021-10-19 / 人气:

石墨烯理在论上是二维单层平面材料,如果把石墨烯比作水面的话,往往不是平静如水的湖面,而是波涛汹涌的海面。在石墨烯表面存在着很多起伏和波澜,今天我们就给大家介绍下石墨烯表面的这些”波澜“,涟漪、皱纹和褶皱。

       自从石墨烯被发现以来,其巨大的比表面积,良好的导电性,透明性和优异的机械性能等成功吸引了广大科研人员的注意力,进几年关于石墨烯的研究使得其在电极材料,生物传感器,光学材料等领域有着广泛的应用。不同于一维和零维材料,理想的二维晶体在室温下是无法存在的,石墨烯也在垂直于其平面方向存在很多难以被检测到的起伏和波纹。基于纵横比、物理尺寸、拓扑结构和秩序,可将这些波纹划分为三类:涟漪、皱纹和褶皱。

图1:涟漪状、皱纹状、褶皱状的石墨烯。
 
      涟漪状显示为各向同性的谷和峰(纵横比~1),特征尺寸低于10nm。严格来说,二维晶体是不能稳定存在的,准二维材料的稳定性靠涟漪状来实现。透射电子显微镜(TEM)的实验证实自由悬浮的石墨烯薄膜并非严格的二维材料,而是表现出明显的高度达1nm的平面变形(涟漪)。扫描探针显微镜(SPM)的实验证实二氧化硅上的石墨烯表面也有类似的、纳米尺度的涟漪。
      
与涟漪状相比,皱纹状的纵横比较大(>10),宽度为1-10nm,高度低于15nm,长度大于100nm。在化学气相沉积法制备石墨烯的方法中,基底和石墨烯间的相互作用严重影响皱纹的形成。
      皱是发生在二维或三维空间的各向同性的(有序或无序)、密集的形变(折叠和皱纹),类似于被揉皱的纸。
      几种合成褶皱石墨烯的方法中,热膨胀和氧化石墨还原法引起了广泛的关注。比如,纸球状的褶皱石墨烯可用快速蒸发气溶胶液滴的方法制备得来。微米尺度的氧化石墨烯片层的水溶液被转移到氮气管炉中,氧化石墨烯经过各向同性的压缩和热还原形成亚微米尺度的褶皱石墨烯球。几百个纳米尺度的石墨烯球可用快速干燥氧化石墨烯的方法制备得到。       

作者:本站编辑


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