超亲液表面有助于石墨炔的可控图案化生长

石墨炔(Graphdiyne),是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后,一种新的全碳纳米结构材料,具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性,被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。由于其特殊的电子结构及类似硅优异的半导体性能,石墨炔有望可以广泛应用于柔性电子学以及新能源领域。探索石墨炔在柔性电子器件中的应用需要制备可控排列的石墨烯图案。然而,目前石墨炔的化学合成策略一般形成的是大面积连续的片状薄膜形态,无法对石墨炔进行精细化加工,限制了其作为柔性电子功能单元的进一步使用。

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中国科学院理化技术研究所江雷院士、中国科学院化学研究所李玉良院士、澳大利亚莫纳什大学苏彬博士和他们的合作者提出利用超亲液微柱模板/前驱液/铜基底三明治的生长方法,控制石墨炔在基底需要的位置上定点生长。超亲液模板提供两个重要作用:1. 物理限域式的限制前驱液只在微柱沟槽之间填充;2. 诱导前驱液完全浸润微柱沟槽区域的基底。当将超亲液微柱模板/铜基底放入到石墨炔前驱液中后,前驱液能够在超亲液表面的诱导下,快速进入微柱沟槽/铜基底之间的微米级限域空间。如果微柱模板并非超亲液表面,在这个过程中将在微柱沟槽/铜基底之间形成气泡,阻碍石墨炔前驱液的浸润以及后续石墨炔的可控生长。随后,他们对石墨炔可控生长过程中的影响因素,如前驱液浓度、生长温度、微柱模板沟槽间距/图案等,进行了详细的分析。在最佳的可控生长条件下,这种精确排列的石墨炔图案可以制成可拉伸电子传感器,并具有较高的灵敏性及良好的电学稳定性。将这种柔性传感器缝合在衣物上,可用于实时监测人体运动行为,为未来可穿戴柔性及可拉伸电子设备的制备提供一种新的思路。相关论文发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201602265) 上。

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