一种从压扁的碳纳米管中制造亚10纳米石墨烯纳米带的技术

石墨烯纳米带(GNR)是宽度低于100nm的窄长石墨烯带。具有平滑边缘、相当大的带隙和高电荷载流子迁移率的GNR对于广泛的电子和光电应用可能非常有价值。然而，到目前为止，工程师们还没有引入一种方法来大规模制备这些有用的组件。

上海交通大学、斯坦福大学以及和其他研究所的研究人员最近设计了一种新策略，以创建宽度低于10nm的平滑边缘的GNR。这种方法在NatureElectronics发表的一篇论文中介绍，基于使用压扁的碳纳米管(CNT)，碳管由通常具有纳米级直径的碳制成。

“我们工作背后的想法是，如果可以将碳纳米管(CNT)压缩成GNR，我们将能够从具有小直径的CNT中生产出窄(亚5纳米宽)的GNR，”ChangxinChen教授和Wendy教授进行这项研究的两名研究人员L.Mao告诉Phys.org。“此外，使用这种方法制备的GNR将比以前的方法获得的要窄得多。”

陈、毛教授、戴宏杰教授及其同事最近的研究是上海交通大学和斯坦福大学各自研究小组的共同努力，并得到了其他机构的额外投入。陈教授和戴教授领导的团队主要开发了高压/热处理将碳纳米管压制成GNRs的方法和工艺，以及制备的GNRs的表征收集、计算和器件性能测量。毛文迪教授的研究小组进行了高压金刚石砧座电池(DAC)实验，通过该实验压扁了碳纳米管。

最近合作的另一个目标是通过形成具有高材料和器件迁移率的边缘封闭GNR，在整个GNR中实现原子级平滑边缘。为了生产具有原子级平滑闭合边缘的亚10纳米宽和长GNR，研究人员使用Chen和他的团队设计的高压和热处理方法将CNT挤压在一起。

“我们使用DAC对CNT进行高压处理，”陈和毛解释说。“CNT样品被密封在DAC的样品室中，然后被压缩在两个金刚石砧的尖端之间。为了稳定压扁的样品结构，我们在高压下对样品进行了热处理。”

Chen、Mao、Dai和他们的同事创造的GNR具有原子级平滑、封闭的边缘和极少的缺陷。使用他们设计的方法，该团队甚至能够生产最小宽度为1.4纳米的亚5纳米GNR。值得注意的是，他们发现基于2.8nm宽边缘闭合GNR的场效应晶体管(FET)表现出>104的高Ion/Ioff比，2,443cm2V-1s的场效应迁移率−1和7.42mS的通态沟道电导率。

“我们的研究证明，通过使用高压和热处理相结合的方法挤压碳纳米管，可以生产出具有原子级光滑闭合边缘的亚10纳米宽的半导体石墨烯纳米带，”陈和毛说。“通过这种方法，可以创建窄至1.4nm的纳米带。还使用硝酸作为氧化剂制造了边缘开口的纳米带，以在高压下选择性地蚀刻压扁的纳米管的边缘。”

该研究可能对开发新的电子和光电设备具有重要意义。未来，Chen、Mao、Dai及其同事设计的方法可用于生产高质量、窄且长的半导体GNR。

此外，他们的制造策略允许工程师控制GNR的边缘类型。这有助于进一步探索GNR在电子和光电子领域的基本特性和实际应用。最终，Chen、Mao、Dai和他们的同事开发的方法也可以适用于使用压扁的纳米管合成其他理想的基于材料的纳米带或压扁其他富勒烯材料。

“既然我们已经证明了我们方法的潜力，我们正在研究使合成条件更实用的方法以及扩大GNR合成的方法(例如，通过调节样品的温度来降低压扁CNT所需的压力)高压处理或在压力中引入额外的偏应力分量)，”陈和毛补充道。“在我们接下来的研究中，我们还计划探索我们创建的边缘封闭GNR的更多独特特征。”

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