一个蜗牛激发的灵感——石墨烯的新型滑移转移方法面世

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自然界里蜗牛在爬行过程中,随着其柔软的躯体伸缩向前蠕动,会留下一道粘粘的痕迹。受到其运动过程中留下粘液的启发,武汉大学化学与分子科学学院付磊教授的研究团队设计了一种表面包覆有石墨烯的液态“蜗牛”,当这只“石墨烯液态金属蜗牛”在目标基底上爬行时,即能将石墨烯滑移到基底上,当然,他们的“蜗牛”爬得快得多(仅为几秒),这是目前已知最快的转移方法。

“石墨烯液态蜗牛”是通过化学气相沉积法(CVD)在以镓(Ga)为代表的液态金属催化剂上生长得到的,所得石墨烯面积大、缺陷少、层数极为均匀,这为后续石墨烯的转移提供了良好的基础。液态金属由于其独特的物态,其中原子具有良好的可易位性,这是液态金属上石墨烯能够采用滑移方法实现转移的前提。仅需施加一个水平滑移力,即可在数秒内将石墨烯从液态金属表面滑移转移到目标基底上。由于整个过程中没有引入任何辅助载体,所以此法获得的石墨烯表面非常干净、无杂质残留(如常规转移方法难以避免的残胶)。此外,液态金属本身超平滑的表面和滑移转移过程中的水平侧推力,使得石墨烯与目标基底之间良好贴合,从而实现无破损、无褶皱的转移。

更有趣的是,这只“石墨烯液态金属蜗牛”是可以拓展的。通过改变液态金属的组份,我们可以降低这只蜗牛的熔点,如Ga–In–Sn(62%-25%-13%)的熔点可低至5℃,使得天冷的时候仍能实现快速转移;通过改变蜗牛的“外衣”,给它包覆上其它材料,如h-BN,可拓展至其它二维材料的滑移转移;如若改变蜗牛爬行的“陆地”,如SiO2/Si、石英、塑料,则可获得各种石墨烯功能复合材料。

这种新型的滑移转移方法具有超快速(几秒),可控性高(均匀的层数,大面积的和精确定位)和高保真(无褶皱、无裂纹、无污染)的特色,这将极大地推进石墨烯的基础研究和其未来的工业化应用。相关成果发表于Advanced Science。

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