GraphAne: From Synthesis to Applications
原子薄晶体最近已经成为关注的焦点，特别是在石墨烯（碳的单层六方晶体结构）合成之后。在这种新型材料类别中，化学衍生的石墨烯引起了极大的兴趣。研究表明，尽管块状石墨是一种化学惰性材料，但单层石墨烯的表面对单个原子具有相当大的反应性。到目前为止，已经报道了几种石墨烯衍生物的合成，例如氢化石墨烯“graphane”（CH）、氟代石墨烯（CF）和氯代石墨烯（CCl）。此外，使用计算工具预测了溴和碘覆盖的石墨烯的稳定性。在这些衍生物中，石墨烷的易合成、绝缘电子行为和可逆可调的晶体结构使该材料特别适合于未来的超薄器件应用。本文综述了石墨烷的结构、电子、磁性、振动和力学性质。我们还提出了一个详细的概述，致力于计算建模的graphane及其衍生物的研究工作。并对石墨烷的合成技术和应用前景进行了综述。
2015-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Large area graphene synthesis on catalytic copper foil by an indigenous electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition setup
报道了一种利用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备大面积石墨烯的新方法。设计并开发了一套独特的2.45 GHz永磁体型ECR PECVD系统，用于各种纳米结构和薄膜的生长。该装置具有独特的优点，以在比常规热CVD方法中由外部烘箱供应的热量低得多的附加衬底加热下合成大面积石墨烯。这里的主要热量由ECR等离子体提供。这里使用多晶铜箔作为催化衬底，其在暴露于ECR PECVD反应器内的前体气体等离子体下之前在共振氢等离子体内预退火。甲烷用作碳前体，氢气用作载气。氩气用于衬底的快速冷却，保持有利于石墨烯合成的合适热力学条件。通过控制生长温度、总压和合成时间，在不同的气体配比下进行合成。利用拉曼光谱对暴露的铜箔进行了表征，以研究在自制的反应器中合成的石墨烯的质量。
2019-01-21 cond-mat.mtrl-sci
The influence of residual oxidizing impurities on the synthesis of graphene by atmospheric pressure chemical vapor deposition
采用常压化学气相沉积法，在无抽气装置的条件下，在铜衬底上生长石墨烯。重点放在石墨烯合成和冷却过程中氢气存在的必要性。在生长步骤期间不存在氢或以缓慢速率冷却的情况下，在铜催化剂上获得主要由氧化碳和无定形碳组成的弱碳覆盖。氧化源于反应器气氛中不可避免地出现的残留氧化杂质。只有在生长步骤期间允许氢气进入时，才能在无真空炉内生长具有可观覆盖率的石墨烯。在形成之后，一旦通过快速冷却或氢气流将暴露在高温下的时间最小化，则保护其免受残余氧化污染物的破坏性影响。在这些条件下，实现了具有高结构质量的微米级六边形石墨烯畴。
2013-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Three-Stage Synthesis of a Cobalt-Embedded Graphene-like Carbon Framework with Long-Range Atomic Order
本研究通过三阶段方法合成钴原子共价嵌入且长程有序的二维CoGLC材料，并利用电化学剥离制备无表面活性剂导电墨水，展示其在柔性电子、自旋电子学和电催化中的应用潜力。
2025-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Graphene synthesis by chemical vapor deposition and transfer by a roll-to-roll process
我们通过化学气相沉积（CVD）在Ni箔上合成了厘米级单层到多层石墨烯（FLG）薄膜。我们证明了沉淀机制可能不是在Ni系统中通过CVD形成石墨烯的唯一重要机制，并且控制CVD过程中的冷却速率可能不是控制石墨烯膜厚度的适当方式。此外，我们是第一个展示厘米级FLG从镍箔转移到透明的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基板通过一个有效的卷到卷的过程。与刚性基底相比，在柔性Ni箔上合成石墨烯需要使用卷对卷转移工艺。
2010-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Towards room-temperature single-layer graphene synthesis by C60 Supersonic Molecular Beam Epitaxy
无机表面和有机物接种的分子束之间的高动能碰撞代表了材料科学中的基本案例研究，最显著的是当它们激活导致纳米晶体生长的化学物理过程时。在这里，我们展示了在645 °C下通过C60超声分子束（SuMBE）外延在铜上合成单层石墨烯，并有可能进一步还原。使用各种电子光谱和显微镜技术，和第一性原理模拟，我们描述的化学-物理机制激活的SuMBE导致石墨烯的生长。特别是，我们发现高动能沉积在增强有机/无机界面相互作用，控制笼开口和提高生长的薄膜质量的关键作用。这些结果虽然在铜上的石墨烯的特定情况下进行了讨论，但可能可扩展到不同的金属或半导体衬底，并且其中需要较低的处理温度。
2015-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Flame Synthesis of Graphene Films in Open Environments
采用一种新型的火焰合成方法在开放气氛下在铜和镍衬底上高速生长了少层石墨烯。转移的膜的透射率和电阻特性与通过其他方法生长的那些类似，但是通过XPS评估的氧浓度实际上小于在近真空条件下CVD生长的石墨烯的氧浓度。所述方法涉及利用多元件反向扩散火焰燃烧器，其中火焰后物质和温度在沉积于衬底上时径向均匀。火焰合成方法的优点是大面积表面覆盖的可扩展性、增加的生长速率、高纯度和产率、连续处理以及由于有效使用燃料作为热源和试剂而降低的成本。此外，通过调整局部生长条件，可以容易地合成其他碳纳米结构（即纳米管）。
2011-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Fast Transfer-free Synthesis of High-quality Monolayer Graphene on Insulating Substrates by Simple Rapid Thermal Treatment
在给定的电介质衬底上无转移合成高质量、大面积石墨烯，这对于器件应用是非常理想的，仍然是一个重大的挑战。在本文中，我们报告了一种简单的快速热处理方法，用于从固体碳源在SiO2/Si衬底上快速直接生长高质量，大规模的单层石墨烯。在RTT工艺中采用了固体碳层/铜膜/SiO2的堆叠结构。插入的铜膜不仅充当碳前体的活性催化剂，而且还充当防止过早碳溶解的“过滤器”，因此有助于在SiO2/Si上生长单层石墨烯。所产生的单层石墨烯在室温下表现出高达3000 cm 2 V-1 s-1的高载流子迁移率和标准半整数量子振荡。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the CVD synthesis of graphene on Ge(100): towards layer by layer growth
锗正在成为CMOS兼容工艺中石墨烯生长的首选衬底。对于未来在下一代器件中的应用，精确控制在Ge表面合成的高质量石墨烯的性质（例如层数和畴尺寸）至关重要。在这里，我们研究了工艺气体流动对Ge（100）上石墨烯的CVD生长的作用。沉积材料的质量和形态通过使用显微拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和原子力显微镜进行评估。我们发现，通过简单地改变碳前体流不同的生长制度-产生石墨烯纳米带，石墨烯单层和石墨烯多层-建立。我们确定的生长条件产生的逐层生长制度和报告的实现均匀的单层石墨烯的平均强度比的2D和G带的拉曼图大于3。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Early stage of CVD graphene synthesis on Ge(001) substrate
在这项工作中，我们阐明了在Ge（001）表面上化学气相沉积石墨烯的早期阶段。通过显微拉曼和X射线光电子能谱学以及扫描隧道显微镜和光谱学的组合使用，我们能够将碳前体相单独化为与小石墨烯域共存的石墨烯成核。该前体相由具有不同尺寸、形状和局部有序性的C聚集体组成，这些聚集体没有完全sp2杂化。在一些原子尺寸区域中，这些聚集体显示出原子的线性排列以及石墨烯的六边形结构的第一特征。碳前体相通过有序化过程在石墨烯域中演变，与Ge表面形态的重新排列相关联。这种表面结构化表示当石墨烯域聚结以形成单层石墨烯膜时，Ge（001）表面在较长的沉积时间内具有的峰谷刻面的胚胎阶段。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils
石墨烯因其独特的能带结构和物理性质而引起人们极大的兴趣。如今，石墨烯仅限于小尺寸，因为它主要通过剥离石墨来生产。我们使用甲烷通过化学气相沉积在铜衬底上生长了厘米级的大面积石墨烯薄膜。该膜主要是单层石墨烯，其中小百分比（小于5%）的面积具有很少的层，并且在铜表面台阶和晶界上是连续的。碳在铜中的低溶解度似乎有助于使这种生长过程自我限制。我们还开发了石墨烯膜转移到任意衬底的工艺，并且在Si/SiO2衬底上制造的双栅场效应晶体管在室温下显示出高达4050 cm 2 V-1 s-1的电子迁移率。
2009-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Large Scale Synthesis of Bi-layer Graphene in Strongly Coupled Stacking Order
近年来，通过化学气相沉积（CVD）大规模合成单层石墨烯（SLG）受到了广泛关注。然而，AB堆叠双层石墨烯（BLG）的CVD合成仍然是一个具有挑战性的工作。本文报道了用热CVD法大面积均匀合成BLG。CVD BLG的2D拉曼谱带分裂成四个分量，表明由于强的层间耦合导致电子带分裂。通过瞬态吸收光谱探测的近红外（NIR）吸收和载流子动力学的研究，进一步证明了CVD BLG中电子能带的分裂。紫外光电子能谱学研究也表明CVD BLG和CVD SLG具有不同的电子结构。BLG的生长机制与Cu表面的催化活性有关，而Cu表面的催化活性取决于CVD工艺中所用铜箔的纯度。我们的工作表明，强耦合甚至AB堆叠的BLG可以在Cu箔上大规模生长，这对于基于其分裂电子能带的器件应用特别重要
2010-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Role of substrate temperature at graphene synthesis in arc discharge
研究了在电弧放电等离子体中合成石墨烯所需的衬底温度。结果表明，铜衬底温度升高至熔点导致石墨烯产量和石墨烯片质量的增加。确定了适合于电弧法制备石墨烯的衬底温度范围，该温度范围较窄，约为1210-1340 K。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Wafer-scale synthesis and transfer of graphene films
我们开发了在环境压力下在Ni和Cu膜上生产晶圆级高质量石墨烯膜的方法，该石墨烯膜大至3英寸晶圆尺寸，并通过金属层的瞬时蚀刻将其转移到任意衬底上。我们还展示了大面积石墨烯薄膜用于批量制造场效应晶体管（FET）阵列和可拉伸应变片的应用，显示出非凡的性能。晶体管显示出在-0.75V的漏极偏压下器件的空穴和电子迁移率分别为1，100cm 2/Vs和550 cm 2/Vs。应变传感器的压阻应变系数为~6.1。这些方法代表了实现晶圆级石墨烯器件以及在光电子学，柔性和可拉伸电子学中的应用的重要一步。
2009-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, Structure and Properties of Boron and Nitrogen Doped Graphene
二维石墨烯在室温下表现出许多迷人的性质，例如弹道电子传导和量子霍尔效应。1 -4电化学掺杂或通过电子供体和电子受体分子的电荷转移掺杂的石墨烯，5-7显示出电子结构的显著变化，在拉曼光谱中具有特征签名。5 -10取代掺杂，普遍用于半导体的调谐性质，可以成为控制石墨烯电子特性的有力工具。在这里，我们提出的结构和性能的硼和氮掺杂的石墨烯，通过一个以上的方法，包括电弧放电在适当的气氛中，通过使用改性石墨电极或通过纳米金刚石的转化。使用实验和第一性原理理论相结合，我们证明了系统的变化，在载流子浓度和电子结构的石墨烯与B/N掺杂，伴随着硬化的G带和增强的缺陷相关的D-带的拉曼光谱。在没有外部场或化学试剂的情况下获得的这种n/p -型石墨烯应该找到器件应用。
2009-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Bottom up synthesis of multifunctional nanoporous graphene
纳米尺寸的孔可以将半金属石墨烯变成半导体，并从不可渗透变成最有效的分子筛膜。然而，将孔缩小到纳米级，同时满足应用所施加的严格结构约束，对目前自上而下的策略来说是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一种自下而上的方法来合成纳米多孔石墨烯，包括由带状物分隔的有序孔阵列，其可以被调整到一纳米范围。通过分子前体的设计，以原子精度限定孔的尺寸、密度、形态和化学组成。我们的测量进一步揭示了高度各向异性的电子结构，其中具有约1 eV的能隙的正交一维电子带与受限的孔态共存，使得纳米多孔石墨烯成为用于同时筛分和电传感分子物种的高度通用的半导体。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-freestanding and single-atom thick layer of hexagonal boron nitride as a substrate for graphene synthesis
我们证明了通过在W（110）衬底上生长的Ni（111）薄膜的界面上插入Au原子，可以使单原子厚的六方氮化硼（hbn）层与Ni（111）薄膜脱离紧密的化学键。这一过程已被系统地研究，使用角分辨光电子能谱，X射线光电子能谱和吸收技术。已经证明，hbn层从“刚性”到“准独立”状态的转变伴随着其晶格常数的变化。利用化学气相沉积，石墨烯已成功地合成绝缘，准独立hbn单层。我们预期原位合成的弱相互作用石墨烯/六方氮化硼双层系统可以进一步发展为技术应用，并可能提供进一步探讨石墨烯的不寻常的电子性质的前景。
2010-08-11 cond-mat.mtrl-sci
A novel approach towards selective bulk synthesis of delaminated graphenes in an electric arc
在这里，我们展示了选择性的批量规模合成分层石墨烯片通过适当选择的磁场调制电弧。在氩气气氛中升华超高纯度玻璃石墨阳极。在阴极上形成的沉积物内发现了碳纳米管以及石墨烯片。通过改变由永磁体阵列产生的外部磁场的强度和方向，分别合成了具有最小结构缺陷的高纯度碳纳米管和石墨烯片。所合成的碳质样品的特征在于与透射电子显微镜，选区电子衍射，拉曼光谱和热重分析的帮助下，优化最高的选择性生产分层石墨烯。这种优化是通过改变外部磁场的强度和方向来完成的。合成的石墨烯片表现出相对高的石墨化度和低的结构缺陷密度，如通过RS所证实的。它们被发现表现出更高的氧化温度比碳纳米晶颗粒的热重分析推断。此外，由于它们的表面能最小化，发现它们在它们的边缘处形成涡旋状碳纳米管。这通过选区电子衍射分析得到证实。有了这项新技术，我们可以成功地以每小时几克的速度合成分层的石墨烯。
2008-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Switching From Reactant to Substrate Engineering in the Selective Synthesis of Graphene Nanoribbons
以原子精度合成石墨烯纳米带（GNR）的挑战目前正在沿着一条单向道路进行，基于合成足够的分子前体，这些分子前体通过自组装过程以预定义的方式反应。通过为这种容易成功的方法增加一个新的方向，特别是如果两者可以结合起来，GNR生成的合成选择将成倍增加。在这里，我们展示了如何GNR合成可以引导一个充分的nanotemplated基板，而不是由传统设计的反应物。结构原子的精度，无法实现的日期通过自上而下的方法，是保存的自组装过程。这种新策略的概念验证比较了使用4，4-二溴-对-三联苯作为分子前体在平坦Au（111）和阶梯式Au（322）衬底上的实验。与前者相反，后者的周期性步骤驱动6个原子宽的扶手椅型GNRs的选择性合成，其电子性质已被进一步详细表征的扫描隧道光谱，角分辨光电子能谱和密度泛函理论计算。
2020-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Direct synthesis of single-crystal bilayer graphene on dielectric substrate
本文提出一种利用单晶单层石墨烯作为籽晶层，并通过铜纳米粉末远程催化，在介电衬底上直接同质外延生长高质量单晶双层石墨烯的方法，所制器件室温迁移率达2297 cm²/Vs。
2025-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Chemical vapor deposited graphene: From synthesis to applications
石墨烯是一种具有巨大应用潜力的材料。因此，大量的努力致力于使用化学气相沉积（CVD）技术的大规模石墨烯生产。此外，研究旨在开发将石墨烯纳入现有生产技术和工艺流程的方法。在本文中，我们提出了一个简单的回顾现有的CVD方法用于石墨烯的合成。我们还讨论了将石墨烯转移到所需衬底上的可扩展方法。最后，我们讨论了潜在的应用，将受益于一个完全规模化的，半导体技术兼容的生产工艺。
2021-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Facile Synthesis of High Quality Graphene Nanoribbons
石墨烯纳米带因其新颖的电子和自旋输运性质而引起关注1 -6，并且因为小于10 nm宽的纳米带具有可用于制造场效应晶体管的带隙。然而，生产非常高质量或大量的纳米带仍然是一个挑战。在这里，我们表明，原始的几层纳米带可以通过解压缩温和的气相氧化的多壁碳纳米管使用机械超声在有机溶剂中。纳米带表现出非常高的质量，具有光滑的边缘（如通过高分辨率透射电子显微镜所见），无序与石墨拉曼谱带的低比率，以及迄今为止报道的最高电导率和迁移率（对于宽度为10-20 nm的带，高达5e 2/h和1500 cm 2/Vs）。此外，在低温下，纳米带表现出相位相干传输和法布里-珀罗干涉，这表明最小的缺陷和边缘粗糙度。纳米带的产率为起始原料纳米管烟炱材料的约2%，这显著高于能够生产高质量窄纳米带的先前方法1。原生石墨烯纳米带的相对高产率合成将使这些材料易于用于广泛的基础和实际应用。
2010-04-08 cond-mat.mtrl-sci
On-surface synthesis of graphene nanoribbons with zigzag edge topology
石墨烯基纳米结构表现出广泛的令人兴奋的电子特性，在扩展的石墨烯中是不存在的。例如，碳纳米管和扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）中的量子限制导致与其结构边界条件直接相关的大量电子带隙的开放。更有趣的是具有锯齿形边缘的纳米结构，预计这些纳米结构将具有自旋极化的电子边缘态，因此可以作为石墨烯基自旋电子学的关键元素。最突出的例子是锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），其边缘状态被预测为沿着边缘铁磁耦合，并在它们之间反铁磁耦合。到目前为止，尚未实现对专门设计和控制的锯齿形边缘拓扑结构的自旋极化边缘态的直接观察。这主要是由于当前自顶向下方法的有限精度，这导致边缘结构定义不佳。另一方面，自下而上的制造方法到目前为止只成功地应用于AGNR和相关结构的生长。在这里，我们描述了成功的自下而上的合成ZGNRs，这是由表面辅助的colligation和环化脱氢的专门设计的前体单体，包括碳基团，产生原子精确的锯齿形边缘。利用扫描隧道谱，我们证明了具有大的能量分裂的边缘局域态的存在。我们预计，ZGNRs的可用性将最终允许表征其预测的自旋相关特性，如自旋限制和过滤，并最终将自旋自由度添加到基于石墨烯的电路中。
2015-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of monolayer-formation time for the synthesis of graphene on copper/nickel/silicon using very-low pressure pulses of methane
在铜上化学气相沉积（CVD）石墨烯是大面积生产高质量石墨烯的最有效技术之一。然而，目前仍然需要高压和大量的前体气体。这项工作的目的是使用来自气体动力学理论的单层形成时间概念（t）来沉积石墨烯，这导致前体气体的经济化、工艺压力的最小化和生长石墨烯单层所需的时间。我们的工艺设计考虑到t对压力、气体质量粒子、粘附系数和生长温度的依赖性。因此，通过这种替代方法，基于CVD，但使用非常低的前体气体压力瞬时脉冲（~10^-4 Pa），我们将沉积时间减少到10 s的量级。我们在低于1000摄氏度的温度下，在高真空（HV）条件下，以甲烷（CH 4）作为前体气体进行了这些过程。在对样品进行拉曼光谱和绘图以及扫描电子显微镜（SEM）表征后，结果表明在溅射的铜和硅衬底上形成了高质量的单层石墨烯，覆盖了10^4微米^2的畴面积。
2014-09-17 cond-mat.mtrl-sci
A Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition System for Fast Synthesis of Epitaxial Graphene Under Ambient Pressure
本研究提出了一种快速热化学气相沉积系统，在常压下快速合成高质量单晶石墨烯，并展示了其在异质外延生长中的应用潜力。
2025-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Large scale synthesis of 2D graphene oxide by mechanical milling of 3D carbon nanoparticles in air
针对氧化石墨烯大规模合成难题，提出在空气中球磨碳烟中碳纳米颗粒的低成本方法，并揭示研磨时间对层厚、结构有序性、氧化程度及GO含量的影响。
2023-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Different Synthesis Routes of Graphene-Based Metal Nanocomposites
纳米复合材料被证明是最好的候选人，以满足今天的技术需要，迷人的性能可以通过结合两个或两个以上的纳米材料。在众多的纳米材料中，石墨烯以其新颖的结构和独特的特性脱颖而出。特别地，石墨烯金属纳米复合材料因其在包括电子和电气以及能源相关领域的各种领域中的潜在用途而吸引了巨大的兴趣。然而，为了最大限度地利用石墨烯的潜力，它必须均匀地嵌入金属基质中。因此，合适的合成路线是获得具有所需性能的石墨烯金属纳米复合材料的决定性因素。本章将总结高质量石墨烯金属纳米复合材料的不同合成路线以及它们的最新进展。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theory and synthesis of bilayer graphene intercalated with ICl and IBr for low power device applications
石墨烯插层材料对于实现超低功率、基于激子冷凝物的双层赝自旋场效应晶体管（BiSFET）概念以及需要石墨烯层间电介质的其他新颖器件概念是潜在有希望的。利用密度泛函理论研究了氯化碘（ICl）和溴化碘（IBr）插层石墨烯的结构和电子性质。我们确定了ICl和IBr石墨烯插层化合物（GIC）的结构构型。我们还进行了深入的探索层间电子耦合，使用\textit{ab initio}计算。插层剂的存在掺杂石墨烯层。它还减少但不消除石墨烯层之间的电子耦合，这可以实现BiSFET操作。此外，我们提出了ICI-GIC合成和表征的实验结果。
2013-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Facile synthesis of 2D graphene oxide sheet enveloping ultrafine 1D LiMn2O4 as interconnected framework to enhance cathodic property for Li-ion battery
立方尖晶石型锂锰氧化物（LiMn 2 O 4）作为大规模锂离子电池的正极材料，近年来引起了人们的广泛关注。本文采用水热法和固相反应相结合的方法，制备了直径为10- 50 nm的一维LiMn_2 O_4。为了提高这些纳米棒的阴极性能，开发了一种独特的热处理合成技术，以生长包裹1D LiMn 2 O 4作为互连框架的2D氧化石墨烯片。该纳米复合三维多孔阴极在0.05C倍率下具有130 mAh/g的高比荷容量，在3.5 - 4.3V（相对于Li/Li+）的电位窗口中100次循环后的库仑效率约为98%，具有良好的初始充电容量保持率约为87%，并且即使在100次循环后也具有优异的结构稳定性。锂化和脱锂过程的增强导致性能的改善可能源于2D导电氧化石墨烯片。它允许减少Mn溶解，提高电子传导性，并减少在超细1D LiMn 2 O 4纳米棒的有利形态和结晶度内的Li离子路径扩散，从而产生有前途的阴极纳米复合材料。
2018-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Laser Assisted Solution Synthesis of High Performance Graphene Supported Electrocatalysts
需要用金属（氧化物）纳米颗粒官能化石墨烯薄片的简单但通用的方法，特别是用于开发先进催化剂。在此，基于光诱导电化学，报道了一种激光辅助的连续溶液路线，用于同时用催化纳米颗粒还原和修饰氧化石墨烯。电化学氧化石墨烯（EGO）由于其低氧化程度而被用作起始材料和电子-空穴对源，这赋予了结构完整性和耐受光降解的能力。简单地照射含有EGO和金属盐的溶液流（例如，H2 PtCl 6或RuCl 3）与248 nm波长的激光产生还原的EGO（rEGO，氧含量4.0 at%）薄片，其用Pt（~2.0 nm）或RuO 2（~2.8 nm）纳米颗粒装饰。的RuO 2-rEGO薄片表现出优异的催化活性的析氧反应，需要一个小的过电位为225 mV，以达到10 mA cm-2的电流密度。Pt-rEGO薄片（10.2wt%的Pt）显示出对于析氢反应的增强的质量活性，以及与商业20wt% Pt/C催化剂相比对于氧还原反应的类似性能。这种简单的生产方法也用于在rEGO上沉积PtPd合金和MnOx纳米颗粒，证明了其在合成功能纳米颗粒改性石墨烯材料方面的多功能性。
2020-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, characterization and computational simulation of graphene nanoplatelets stabilized in poly(styrene sulfonate) sodium salt
大面积界面的产生和使用可扩展的方法来构建产生高级功能性质的设计的纳米结构对于许多材料科学应用是高度感兴趣的。尽管如此，大面积覆盖仍然是原始石墨烯的主要问题，在这里，我们提出了一种可溶于水的混合复合石墨烯类材料，它可以在许多领域被利用，例如能量存储，电极制造，选择性膜和生物传感。采用传统的Hummers法制备氧化石墨烯（GO），在聚苯乙烯磺酸钠（PSS）存在下进一步还原，得到稳定的PSS包裹的还原氧化石墨烯（rGO）纳米片（GPSS）。进行分子动力学模拟以进一步阐明PSS分子与rGO纳米片之间的相互作用，计算得到FTIR分析的支持。rGO纳米片和PSS之间的分子间力导致通过范德华力稳定的杂化材料（GPSS）的形成，从而允许用聚丙烯胺盐酸盐（PAH）制造高质量的逐层（LbL）膜。拉曼和电学表征证实了化学处理后从GO到GPSS的电子结构的成功修改，导致（PAH/GPSS）LbL膜的导电性比（PAH/GO）高四个数量级。
2017-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Driving with temperature the synthesis of graphene films on Ge(110)
我们系统地研究了Ge（110）上石墨烯的化学气相沉积生长作为接近Ge熔点的沉积温度的函数。通过合并光谱和形态学信息，我们发现石墨烯薄膜的质量关键取决于生长温度，通过在910-930 °C范围内提高该温度，可以显着提高。我们将石墨烯质量的突然改善与在相同温度范围内发生的准液体Ge表面的形成相关联，这决定了增加的原子扩散率和升华速率。被观察到不同的Ge取向，这个过程是一般相关的Ge上的石墨烯合成。
2019-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal coupling between the photonics and phononics in a 3D graphene sponge
光子-声子耦合在用光控制声音和温度方面具有强大的潜力，为探测器技术、远程声音产生和信号广播开辟了新的视野。在这里，我们报告了一种基于三维石墨烯结构3G海绵的新型立体超轻转换器，该转换器具有非常高的吸收率、接近空气的密度、低惯性和可忽略的有效热容。我们研究了在电磁波激励下的热和声的产生。3G海绵在MHz至Phz的巨大频率范围内显示出卓越的光子到热量和声转换效率。作为一个应用，我们提出了一种基于3G海绵幅度解调的音频接收器。我们的研究结果将导致从光控声源到宽带高频石墨烯电子产品的广泛应用。
2019-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Single-layer Graphene Nearly 100% Covering an Entire Substrate
石墨烯最近吸引了学术界和工业界的极大兴趣，因为它独特的电子和光学性质[1，2]，以及它的化学，热和机械性能。石墨烯的优异特性使这种材料成为各种应用中最有前途的候选材料之一，例如超快电子电路[1]和光电探测器[2]，清洁和可再生能源[3]以及快速单分子DNA测序[4，5]。石墨烯系统的电子性质在很大程度上依赖于石墨烯层的数量[6]以及对与底层衬底耦合的影响。石墨烯可以通过石墨的机械剥离、溶液方法[7，8]、SiC的热分解[9，10]和催化金属上的化学气相沉积/偏析[11-17]来生产。尽管在石墨烯合成方面取得了重大进展，但对薄膜厚度进行精细控制的生产仍然是一个相当大的挑战。在这里，我们报告了在Ni（111）表面上合成覆盖率接近100%的单层石墨烯，其中碳原子从高度取向的热解石墨（HOPG）衬底扩散。我们的研究结果表明，如何精细控制的厚度和结构，可以通过优化的平衡过程的碳扩散从HOPG，从Ni偏析，和碳扩散在Ni表面。我们的方法代表了可扩展合成具有高结构质量和精细控制厚度的石墨烯薄膜以及实现石墨烯独特性能的重要一步。
2010-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature synthesis of graphene-like carbon sheets from C2H2, CO2 and CO on copper foils
对于一些催化反应，如合成大面积和高质量的石墨烯，需要高温。所提到的石墨烯可以通过在800 - 1000 ℃下在铜箔上的化学气相沉积（CVD）工艺获得。在这里，我们描述了一种室温合成方法，首次从不同的碳源，包括乙炔，二氧化碳和一氧化碳，在铜箔上使用启发式方法，这是从催化剂科学中的一些电子促进剂的作用的启发。促进剂是增加催化活性的物质，但它们本身不是催化剂。在这项研究中，我们使用电荷来修改的电子效应的催化剂，这是由压电材料。
2016-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doped graphene oxide functionalization strategy for synthesis of nanocomposite membranes: electrospun coatings in biomedical field application
提出了一种用于血管支架涂层的电纺膜，其由2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱和甲基丙烯酸丁酯共聚物（MPC-共-BMA）（也称为（PMB））制成，用官能化和氮掺杂的还原氧化石墨烯（f-NrGO）增强。这种膜由于氮掺杂的还原氧化石墨烯（NrGO）负电荷而具有废除低密度脂蛋白（LDL）的能力，低密度脂蛋白在特定条件下是动脉粥样硬化疾病的主要原因。详细描述了NrGO官能化过程，因为它在NrGO和PMB之间产生强键，避免NrGO片从膜上分离。用FTIR对共聚物的合成进行了表征，并用XPS和HNMR证实了f-NrGO与PMB之间的化学键。此外，模拟血流条件的简化测试库证明了NrGO在膜上的功能化作用。对于静电纺丝工艺，最佳参数为14.5 kV的电压，和0.3 mL/h的流速，这导致更好的性能的膜的应用。DMA结果证实，就力学性能而言，f-NrGO的最佳增强百分比为0.1重量%，AFM图像表明在纤维上存在f-NrGO片。最后，接触角揭示了对LDL的排斥反应，这种行为有希望用于心血管涂层支架等应用。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor to metal transition in two-dimensional gold and its van der Waals heterostack with graphene
过渡金属的二维（2D）合成在基础研究和应用研究中引起了越来越多的关注，如二维磁学、纳米等离子体和非线性光学。然而，以单层形式大面积合成这类材料带来了不小的困难。在这里，我们提出了一个大面积的2D金层，稳定在碳化硅和单层（ML）石墨烯之间的合成。我们表明，2D-Au ML是一个半导体的价带最大值低于费米能级50 meV。石墨烯和金层在很大程度上是不相互作用的，从而定义了一类新的范德华异质结构。2D-Au带沿{ΓK}方向表现出225 meV的自旋轨道分裂，使其对自旋相关应用具有吸引力。通过调整SiC/石墨烯界面处的金的量，我们在2D-Au中诱导了半导体到金属的转变，这是以前从未观察到的，并且引起了基础物理学的极大兴趣。
2019-12-04 cond-mat.mtrl-sci
New Synthesis Method for the Growth of Epitaxial Graphene
作为全碳后CMOS电子革命的可行候选者，外延石墨烯引起了极大的关注。为了实现其应用潜力，需要用于制造大面积单晶石墨烯畴的可靠方法。本文报道了一种制备高质量外延石墨烯的新方法--“面对面”法。利用低能电子衍射、原子力显微镜、角分辨光电子能谱和拉曼光谱对样品的结构和形貌进行了表征。生长的样品显示出更好的质量和更大的长度尺度比通过传统的热脱附生长的样品。此外，石墨烯的厚度可以通过改变退火温度来容易地控制。
2011-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gas-phase synthesis of carbon nanotube-graphene heterostructures
石墨烯和碳纳米管（CNTs）具有相同的六方碳晶格原子结构。然而，它们的合成在许多方面不同，包括催化剂的形状和大小。在这里，我们展示了一种浮动催化剂化学气相沉积（FCCVD）技术，用于无衬底，单步生长的CNT-石墨烯异质结构（CNT-G-H），使用乙烯作为碳源。CNT-G-H的形成通过晶格分辨（扫描）透射电子显微镜（STEM）和电子衍射实验直接证明，并通过原子力显微镜（AFM）证实。我们的实验表明，石墨烯纳米片的相对数密度可以通过优化合成条件来调节。由于在应用的过程中，结构的形成发生在气体悬浮液中，合成的CNT-G-H膜可以在环境温度下以任意厚度沉积在任何表面上。此外，这种具有很强通用性的CNT-G-H合成工艺也已在多种催化剂和装置的乙烯基FCCVD多系统中实现。
2019-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low temperature synthesis of heterostructures of transition metal dichalcogenide alloys (WxMo1-xS2) and graphene with superior catalytic performance for hydrogen evolution
通过湿化学路线，然后在低温（300 $^\circ$ C）下热处理，获得通过交替石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）合金形成的垂直异质结构的大面积（$\sim$ cm $^2$）膜。特别地，我们合成了堆叠的石墨烯和用作析氢催化剂的W $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$合金相。当异质结构合金在300 $^o$ ℃退火时，我们观察到38.7 mV dec $^{-1}$和96 mV起始电位（在10 mA cm $^{-2}$的电流密度下）的塔菲尔斜率。这些结果表明，由石墨烯和W $_{0.4}$ Mo $_{0.6}$ S $_2$合金形成的异质结构比WS $_2$和MoS $_2$有效至少两倍，并且优于任何其他报道的TMD系统。这种策略提供了一种廉价且低温的合成替代方案，能够在析氢反应（HER）中取代Pt。此外，合金的催化活性随时间稳定，即催化活性即使在1000次循环后也不经历显著变化。使用密度泛函理论计算，我们发现，这种增强的析氢在W $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$合金中主要是由于较低的能量势垒产生的d-轨道的过渡金属和H $_2$的s-轨道的有利的重叠，与最低的能量势垒发生W $_{0.4}$ Mo $_{0.6}$ S $_2$合金。因此，除了先前报道的产生点缺陷、空位和边缘的策略之外，现在还可以通过金属合金化进一步改善“惰性”TMD基面的性能。在相…
2017-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of large-area rhombohedral few-layer graphene by chemical vapor deposition on copper
菱形堆叠的少层石墨烯（FLG）由于其独特的电子性质而受到越来越多的关注，这些电子性质可能导致诸如超导性和磁有序等诱人的现象。到目前为止，对这种材料的实验研究主要受到难以将其隔离在厚度超过3个原子层的器件兼容尺寸的限制。在这项工作中，菱形石墨烯的厚度高达9层，面积高达~50平方微米，通过化学气相沉积（CVD）在悬浮的铜箔上生长，并通过无蚀刻分层转移到目标基板上。菱面体FLG的域被确定通过拉曼光谱，并被发现交替与Bernal堆叠FLG在同一晶体内的条纹状配置的域。显微拉曼光谱，原子力显微镜和光学显微镜的综合分析表明，菱形堆叠FLG的形成是强烈相关的铜基板的形态。Cu台阶聚束导致FLG的弯曲和沿择优晶体取向的层间位移，如通过电子显微镜实验确定的，从而诱导条纹状域。具有所报道的厚度和尺寸的菱面体FLG的生长和转移将促进对预测的非常规物理的观察，并最终增加其技术相关性。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Novel one-pot sol-gel synthesis route of Fe3C/few-layered graphene core/shell nanoparticles embedded in a carbon matrix
提出一锅两步表面活性剂溶胶-凝胶法，在碳基体中制备少层石墨烯包覆的单相 Fe3C 核壳纳米颗粒，并验证其结构、磁性与耐腐蚀稳定性。
2023-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Graphene synthesis and band gap opening
石墨烯是一种神奇的材料，近年来引起了凝聚态物理、材料科学和化学等领域的广泛关注。它的二维原子层结构和独特的电子能带结构使其在许多应用中具有吸引力。它的高载流子迁移率，高导电性和导热性使其成为一种令人兴奋的材料。然而，除非以成本有效的方式开发出合成高质量、大面积石墨烯的简便技术，否则无法有效地实现其适用性。除此之外，还需要大量的努力来开发用于修改和开放其能带结构的技术，以便使其成为未来电子学中硅的潜在替代品。已经进行了相当多的研究用于通过各种方法合成石墨烯和相关材料，同时也进行了大量的工作用于操纵和打开其电子能带结构。本文综述了石墨烯合成方法的最新进展。综述了石墨烯纳米晶的制备方法和石墨烯带隙的打开方法，并指出了今后的研究和发展方向。
2011-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Hierarchical On-Surface Synthesis of Deterministic Graphene Nanoribbon Heterojunctions
自下而上石墨烯纳米晶（GNR）异质结是石墨烯的纳米级条带，其电子结构在共价键合的界面上突然改变。它们的合理设计为通过其非凡的结构和电子特性实现深刻的技术进步提供了机会。到目前为止，其合成的最关键的方面，控制顺序和位置的异质结沿带的长度，一直困扰着从不同单体的逐步增长共聚出现的单体序列的随机性。到目前为止，所有自下而上的GNR异质结结构都表现出异质结的随机序列，虽然对基础科学研究有用，但很难纳入功能性纳米器件中。在这里，我们描述了一种新的分层制造策略，允许确定性增长的自下而上的GNRs，优先表现出一个单一的异质结界面，而不是一个随机的统计序列的结沿带。这种异质结提供了一个可行的新平台，可以直接用于功能GNR为基础的器件应用在分子尺度。我们的分级GNR制造策略是基于C-Br和C-I键的解离能的差异，其允许控制形成GNR的嵌段共聚物的生长顺序，从而产生显著更高比例的单结GNR异质结构。扫描隧穿光谱和密度泛函理论计算证实，人字形GNR（cGNR）和联萘-cGNR段之间的分层生长的异质结表现出跨越式I型带排列的结构，只有一个原子层厚和3 nm的宽度。
2017-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Substrate free synthesis of graphene nanoflakes by atmospheric pressure chemical vapour deposition using Ni powder as a catalyst
采用常压化学气相沉积法，在不引入衬底的情况下，以Ni（salen）粉末为原料，以丙烷（C3H8）为溶剂合成了石墨烯纳米片（GNF）。通过X射线衍射方法检查石墨纳米纤维的石墨性质。扫描电子显微镜结果显示，GNF堆叠在彼此之上，并具有高纵横比。透射电子显微镜研究表明，GNF由许多结晶石墨烯层组成，其中一些甚至是单晶，如从选定区域衍射图案中明显看出的。最后，拉曼光谱证实了GNF的高质量。
2019-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deterministic direct growth of WS2 on CVD graphene arrays
石墨烯的激发特性与单层二硫化钨（WS 2）的激发特性相结合，使得这种异质叠层在电子、光电和自旋电子学应用中引起了极大的兴趣。在技术上有吸引力的衬底如SiO2上可规模化合成石墨烯/WS 2异质结构将极大地促进新型二维（2D）器件的实现。在这项工作中，我们报告的单层WS 2通过化学气相沉积（CVD）在SiO2上的单晶石墨烯阵列的直接生长。值得注意的是，光谱和显微镜表征表明，WS 2只生长在石墨烯晶体的顶部，以便以自下而上的方式选择性地获得垂直异质堆叠。光谱表征表明，WS 2合成后，石墨烯经历压缩应变和空穴掺杂。量身定制的实验表明，这样的空穴掺杂是由在WS 2生长期间石墨烯/SiO2界面处的SiO2化学计量的修改引起的。电输运测量表明，异质结构的行为就像一个电子阻挡层在大的正栅电压，这使得它成为一个合适的候选人单极光电元件的发展。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and electronic structure characterization of diamane
原子级薄的石墨，即石墨烯，因其特殊的性质、新颖的物理特性和广阔的应用前景，一直是材料科学领域的一个奇迹。原子薄的金刚石，称为金刚石，由于其潜在的物理和机械性能，也吸引了相当大的科学兴趣。然而，到目前为止，还没有成功合成独立的原始二金刚烷膜的报道。本文报道了二金刚烷的合成和电子结构表征。电学测量、X射线衍射和理论模拟表明，当压缩到20 GPa以上时，三层和较厚的石墨烯转变为六方金刚烷（h-diamane），其可以保持到几个GPa。Raman研究表明，从高压和高温淬火的样品也具有h-二金刚烷结构，即，将H-二金刚烷回收至环境条件。光学吸收和能带结构计算表明，间接能隙的2.8 eV的金刚石膜。与无带隙石墨烯相比，具有相当大带隙的二金刚烷可能会开辟碳半导体的新应用。
2019-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Going beyond copper: wafer-scale synthesis of graphene on sapphire
石墨烯在电子学、光电子学和光子学中的采用受到以下阻碍：难以在技术相关的衬底上获得高质量的材料、超过晶片级尺寸并且金属污染水平与工业要求兼容。迄今为止，石墨烯在绝缘衬底上的直接生长已被证明是具有挑战性的，通常需要金属催化剂或产生有缺陷的石墨烯。在这项工作中，我们展示了一种无金属的方法，在市售的反应器中，通过化学气相沉积（CVD）在c平面蓝宝石衬底上获得高质量的单层石墨烯。我们通过低能电子衍射（LEED）、低能电子显微镜（LEEM）和扫描隧道显微镜（STM）测量确定蓝宝石的富Al重构根31 R9对于获得外延石墨烯是至关重要的。拉曼光谱和电输运测量揭示了高质量的石墨烯，其迁移率始终高于2000 cm 2/Vs。我们将该工艺扩展到4英寸和6英寸的晶圆尺寸，并证明金属污染水平在后端线（BEOL）集成的限制范围内。这里介绍的生长过程建立了一种在技术上可行的基础上合成晶片级石墨烯膜的方法。
2019-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Uniform wafer-scale synthesis of graphene on evaporated Cu (111) film with quality comparable to exfoliated monolayer
单层石墨烯已经在标准氧化Si 100 mm晶片上的结晶Cu（111）膜上生长。单层石墨烯表现出高均匀性（>97%覆盖率），在整个晶片上具有不可测量的缺陷（>95%缺陷-可忽略不计）。这些结果的关键是蒸发的铜膜的相变从非晶结晶的生长温度下，通过X射线衍射和电子背散射衍射证实。值得注意的是，铜膜的相变观察技术普遍存在的氧化硅晶片的氧化物是一个标准的非晶热氧化物。离子质谱表明，铜膜可以在氢退火过程中有意地富含氢，这随后提供了具有低缺陷密度的唯一碳质前体的石墨烯生长。由于强的六方晶格匹配，石墨烯域与Cu（111）域对齐，表明通过最大化铜晶粒尺寸来增加石墨烯晶粒的途径。在柔性聚酰亚胺薄膜上制造的石墨烯晶体管产生峰值载流子迁移率~ 4，930 cm 2/Vs。
2012-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Bulk-scale synthesis of randomly stacked graphene with high crystallinity
由于块体形式的AB-堆叠石墨烯的强层间相互作用降低了单层石墨烯的优异性质，因此需要形成随机堆叠的石墨烯以将石墨烯的高性能应用于宏观器件。然而，获得大规模石墨烯的常规方法遭受低结晶度和/或形成结晶稳定的AB-堆叠结构。本研究开发了一种新的方法，通过利用氧化石墨烯海绵的多孔形态和用乙醇蒸汽在1500-1800 °C的恒温处理来生产具有高结晶度和高随机堆叠分数的大规模石墨烯。拉曼光谱表明，所获得的大规模石墨烯海绵具有高结晶度和高达80%的无规堆叠分数。海绵和聚集体样品之间的随机堆积比的巨大差异证实了乙醇衍生物质进入内部区域的重要性。通过研究处理温度的影响，在1500 °C时获得较高的无规堆积率。此外，通过引入纤维素凝胶作为间隔物以防止石墨烯的直接堆叠，AB-堆叠分数降低至小于10%。所提出的方法是有效的大规模生产的高性能块规模石墨烯。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Uniform Graphene on Cu and Au Substrates
本文报道了用低压化学气相沉积技术在铜和金衬底上制备单层和双层石墨烯薄膜。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜和拉曼光谱技术对薄膜进行了表征。沉积在Cu上的大横向面积石墨烯可以容易地转移到Si SiO2上。在Au衬底的情况下，吸附和扩散沉淀导致石墨烯的生长。
2021-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Rapid low-temperature synthesis of graphene-coated SiC substrates for remote and van der Waals epitaxy
本研究针对传统SiC高温石墨化制备石墨烯存在的表面台阶聚束问题，开发金属辅助石墨化技术，低温快速合成均匀单晶石墨烯，成功制备自支撑III-N薄膜，为超宽禁带晶体薄膜规模化制备提供新路径。
2025-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene stabilization of two-dimensional gallium nitride
石墨烯之外的二维（2D）材料的光谱为研究凝聚态物理中的新现象提供了一个显着的平台。在这些材料中，层状六方氮化硼（hBN）具有宽带隙能量（~5.0-6.0 eV），已明确确定2D氮化物是推进新型器件的关键1。然而，一个差距，仍然存在的理论预测的2D氮化物超越hBN和实验实现这样的结构。在这里，我们展示了通过一种新的迁移增强封装生长（MEEG）技术，利用外延石墨烯的二维氮化镓（GAN）的合成。我们从理论上预测和实验验证，通过MEEG生长的二维GAN的原子结构是显着不同的报道理论。此外，我们确定石墨烯在稳定直接带隙（近5.0 eV），2D屈曲结构中起着关键作用。我们的研究结果提供了一个基础，发现和稳定的新的二维氮化物，难以通过传统的合成。
2016-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Indium Oxide at the Epitaxial Graphene/SiC Interface: Synthesis, Structure, Properties, and Devices
本研究通过外延石墨烯/SiC界面插层合成新型单层2D电介质InO₂，调控其厚度并解释单层优先形成机制，发现其带隙特性，验证其使EG/n-SiC结转变为高性能肖特基结，为2D电介质家族添新成员并展现器件应用潜力。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci
