Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. a) Исходное соединение внедрения. b) Полученный легкорастворимый графен. с) Схема, иллюстрирующая процесс формирования графена из объёмного графита.
Рис.2. TEM-изображения и межплоскостные расстояния для образцов графена, полученных по обычной технологии послойного отслаивания (a) и приводимой в статье методике(b).
Рис.3. a) SEM-изображение полученного образца графена. Вставка: слева два раствора графена на основе SBDS и справа – на основе NMP. b) Прозрачная проводящая гибкая плёнка, выполненная из полученного графена. c,d) Зависимость электрического сопротивления от коэффициента пропускания водного раствора (с) и NMP раствора (d) как до, так и после обработки плёнок в азотной кислоте.

Раствор высококачественного графена

Ключевые слова:  графен, графит, органические проводники, прозрачные проводники

Опубликовал(а):  Смирнов Евгений Алексеевич

12 сентября 2009

Графен является на сегодняшний день одним из наиболее востребованных материалов для создания наноэлектронных устройств (полевых транзисторов, резисторов и т.д.), благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам: варьирование ширины запрещённой зоны от значений, характерных для полупроводника, до – изолятора, прозрачность и т.д. Однако широкому применению графена мешает в основном трудность его получения и создание на основе отдельных графитовых монослоёв устойчивых растворов.

Недавно в журнале Advanced Materials была опубликована статья, посвящённая решению указанной проблемы. Международная группа учёных, в числе которых и наши соотечественники, предложили методику синтеза графена из соединений внедрения графита, содержащих CF2*nClF2, за счёт теплового удара, в результате которого происходит выделение газообразных продуктов, состоящих в основном из фтор-хлор-алканов и расслаивание графита (рис.1). При этом по данным просвечивающей электронной микроскопии указанный метод синтеза приводит к большему расстоянию между слоями графита, чем в случае обычного метода послойного отслаивания (рис.2), что спсобствует получению частиц с меньшим количеством слоёв. Далее полученный графен был растворён в воде с добавлением ПАВа (додецилбензолсульфонат натрия - SBDS) и органическом растворителе – N-метилпирролидон (NMP). Стоит отметить, что в растворе графен может находиться более полугода. Далее графен был нанесён на полимерную подложку и исследованы его свойства: электрическое сопротивление и пропускание света. Для улучшения полученных характеристик и удаления лишней органики образцы были выдержаны в растворе азотной кислоты (рис.3). В результате чего был получен плёнка высокочистого графена с ~3,5 кОм/квадрат и прозрачностью ~80%.

Учёные надеются, что простота данного метода, а также высокое качество получаемого продукта позволят сделать производство графен более выгодным и менее ресурсоёмким.




Комментарии
Смирнов Евгений Алексеевич, 12 сентября 2009 11:08 
С некоторыми замечаниями согласен - исправил.
---
На счёт размерности сопротивления, она представлена в статье так кОМ/"квадратик", т.е. вторая часть размерности просто неуказана, можно такую размерность оставить конечно.
На рисунке приведена размерность sq, которую можно трактовать по-размному, как площадь (только какую?!), как specific gravity (статья в лингве)...
подскажи, как лучше сделать - всё организуем...
---
Графеновуму будущему мешает многое, но на мой не очень-то просвещённый взгляд, для большинства нано- именно проблема получения наиболее актуальна.
---
на счёт диода, кстати, надо подумать...
первое, что приходит на ум, это диод Шоттки...
Смирнов Евгений Алексеевич, 12 сентября 2009 11:09 
P.S. Интересно, на ФНМ уже что-нибудь читают про графен?
Если честно, то такого спецкурса я не заметил...
Трусов Л. А., 12 сентября 2009 13:52 
Смирнов Евгений Алексеевич, 12 сентября 2009 14:06 
Всем спасибо, разобрался и исправил...
Авторы Observation of Electron - Hole Puddles in Graphene Using a Scanning ... и Lohmann T. Four-Terminal Magneto-Transport in Graphene p-n Junctions Created by Spatially Selective Doping. Nano Lett 9:1973 (2009)недовольны допированием примесями при получении "графена" даже липкой лентой. А тут фториды.
Интересно, в статье есть ссылка на
MRS Website : A model for disorder in fluorine-intercalated graphite
Мда.
А ссылка на A model for disorder in fluorine-intercalated graphite почему-то не работает.
Расскажите, как сделать графен, скажем, с 1.5 эВ.

Просто робкие мысли:
поскольку листы графита бесконечной ширины - абстракция, речь идет о пластинках конечных размеров.
И если рассматривать графен как предел полициклической конденсированной ароматики, то несколько ограниченно узкометодологично и можно сказать, что запрещенная зона может варьироваться, особенно если вовлечь в рассмотрение соединения образующие комплексы с графеном (ну те которые интекалируются в графит, и которыми многие счастливы, а многие недовольны).
Александр Анатольевич,
Это подразумевалось как обще-философское утверждение в контексте
Я совсем не против и тех и других: хоть нобелевских лауреатов, хоть пионеров-пенсионеров.
Этим Нанометер и ценен, Владимир Владимирович!
В абстракте к A model for disorder in fluorine-intercalated graphite есть ответы на вопросы Евгения Алексеевича.
А так ооочень интересен Fujitsu tips first self-organizing carbon nanotube composite.
Японцы всегда были очень сильны в пироуплотнении.
Спасибо, Александр Анатольевич, замечательные ссылки!
Я не силен в графите/графене, поэтому приходиться ограничиваться/оставаться в рамках общих рассуждений
Александр,
Подразумевались две простыe идеи:
1) Уменьшение размера пластинок графита контролируемым окислением, что должно быть значительно легче, чем контролируемая конденсация ароматических колец.
Замечательная работа с Вашим соавторством показала, что окисление может выполняться изумительно контролируемо.
И если запрещенная зона будет определяться границей (моих знаний здесь не хватает, но сильный вклад границы мне представляется очень разумным), то просто замечательно - маленькие пластинки будет достаточно легко модифицировать по их наиболее активной периферии оборванных/окисленных связей.

2) Развивая идею окисления для допирования.
Я полностью согласен, что допирование донором (таким как калий и другие щелочные и щелочноземельные металлы) лишь эффективно добавит электроны графиту/графену и не уменьшит, как это не печально, его запрещенной зоны, а наоборот лишь улучшит его проводимость. Но почему доноры??
Эффективное допирование для уменьшения запрещенной зоны должно быть акцепторами (типа фтора, хлора и других окислителей).
Также может помочь и селективное гидрирование (и теоретические работы по изменению проводящих свойств графита я вроде как недавно видел краем глаза(?)).
То есть химически, если мы или образуем сильные акцепторые комплексы, или гидрируем/окислим контролируемо выбранную часть двойных связей (что теоретически можно осуществить и с сохранением гексагональной симметрии в бесконечных слоях), то мы должны суметь варьировать ширину запрещенной зоны до ее максимального размера, достигаемого скажем в пергидрированном или перфторированном графене (которые должны быть неплохими изоляторами!).
а наоборот лишь улучшит его проводимость - опечатка?
Да нет, не опечатка - недоумка!
Я так полагал (особо не задумываясь, поскольку аргументировал за акцепторы). Но когда Вы спросили - озадачился, взглянул на литературу и таки понял, что в первом приближении проводимость падает, но в целом еще больше озадачился. Вот, очень рад, что удалось найти в свободном доступе.
Можно вопрос: падение мобильности связано с влиянием допирующих катионов (калия, итп) или безотносительно?

путем использования сразу двух затворов, когда поле к двухслойному графеновому листу прикладывается одновременно сверху и снизу).
Ух ты, я почти понял
(Хотя всегда полагал, что транзистор - от слова "тр-р" (ну когда его подключаешь напрямую к сети (и особенно на 220 В) )

"благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам: варьирование ширины запрещённой зоны от значений, характерных для полупроводника, до – изолятора" пока мало соответствует реальному состоянию дел в этой области

Так Евгений Алексеевич Смирнов как раз кратко, емко и общедоступно отразил грядущие перспективы с присущим ему (и Нанометру) оптимизмом, жизнерадостностью и непоколебимой верой в торжество научного прогресса (и "счастья для всех")!
Александр,
Разумно понятно, что для допирования используется именно металлический (атомарный) калий.
А что мне непонятно и интересно: электрон по сути делокализуется на сопряженную систему пи-связей, которая претерпевает изменения, как-то проводимость/мобильность.
И тогда вопрос: изменится ли проводимость, если остаточный (пусть формально условный) катион будет или больших физических размеров (с делокализацией положительного заряда и минимизацией взаимодействий с компактными орбиталями графита) или хорошо сольвирован, THF или краунами к примеру? Кстати, как на проводимость графена влияют органические донорные растворители?
Или я как-то неправильно себе представляю и задаю неактуальные вопросы?
(Та статья про проводимость, при всей своей наглядности, чрезвычайно физическая - проводимость варьируется временем(!) допирования; суть допирующих взаимодействий в системе полностью опосредована. Ведь и дефекты (если правильные) могут быть полезны - наглядный пример тому проводимость полимеров с сопряженными двойными связями. Вот.)

Сам факт замечательной статьи про детектирование видел, но даже и не просматривал, к сожалению
Александр,
Да почему "потерянный sp2 атом углерода" в общем случае комплексов донорной или акцепторной природы (а не конкретной химической реакции - где все понятно и полностью согласен)??
Ну разве, например, в донорно-акцепторных комплексах (типа с TCQN), так любимыми многими, в том числе микроэлектрониками, наблюдается потеря ароматичности? А вот богатство свойств наблюдается!

Статью, ту замечательную немного просмотрел, многое стало понятно, хотя скорее и даже больше стало вопросов (извините, забыл добавить).
Взглянул: есть работы про комплексы TCQN с графеном (и даже нанорогами JPC, 2008, 112, 5416-5422)
Вот из свободного доступа:
Charge neutrality under ambient conditions in epitaxial graphene by molecular doping. Arxiv.org

Или вот, пожалуй, самое интересное (судя по названию и абстракту):
Chen, Wei; Chen, Shi; Qi, Dong Chen; Gao, Xing Yu; Wee, Andrew Thye Shen. Surface Transfer p-Type Doping of Epitaxial Graphene. Journal of the American Chemical Society (2007), 129(34), 10418-10422.
("a simple and effective method to nondestructively dope epitaxial graphene for future nanoelectronics applications" )
Будет очень интересно Ваше мнение о практической применимости.
Всегда рады

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Г против К
Г против К

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.