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    他們通過研究發(fā)現(xiàn)采用含氮分子吡啶作為碳氮源利用吡啶分子在銅箔表面的催化脫氫自組裝可以將氮摻雜石墨烯的生長溫度降低到300℃。制備的高含氮量摻雜石墨烯具有四邊形形貌特征（圖3），呈現(xiàn)陣列型排列，且具備高質(zhì)量的單晶結(jié)構(gòu)。得到的氮摻雜石墨烯無論在空氣條件下還是在真空條件下均表現(xiàn)出穩(wěn)定的n-型特征，其遷移率可以達到53.5−72.9 cm²/Vs，高于文獻報道高溫條件下制備的氮摻雜石墨烯。本方法與目前主流氮摻雜石墨烯的制備方法相比具有四邊形形貌的單晶陳列，高含氮量，低溫及n-型性能穩(wěn)定等顯著特征。該研究成果發(fā)表于《美國化學會會志》（JACS，2012，134，11060）上。

圖3 摻氮石墨烯的形貌特征

    噴墨打印技術(shù)圖案化石墨烯電極�？Х拳h(huán)效應(yīng)（coffee-ring effect）是指溶液或懸濁液液滴在固體表面揮發(fā)干之后，有時會在液滴的邊緣形成環(huán)狀污跡的現(xiàn)象。當采用溶液法成膜時，咖啡環(huán)效應(yīng)常常引起薄膜的均勻性下降，因此科學家們一直研究并試圖消減這種效應(yīng)。最近他們巧妙地利用咖啡環(huán)效應(yīng)，大大提高噴墨打印技術(shù)（inkjet printing）的分辨能力，而分辨能力常常被認為是制約噴墨打印技術(shù)應(yīng)用的一個瓶頸。這項新方法他們稱為咖啡環(huán)平面印刷術(shù)（coffee-ring lithography），可被用來制備短溝道的石墨烯電極。

    通過噴墨打印機和咖啡環(huán)平面印刷術(shù)（實驗過程見圖4），他們制備出溝道長度1-2微米的石墨烯電極。基于這種高分辨石墨烯電極，他們還制備了有機場效應(yīng)晶體管（并五苯飽和區(qū)遷移率0.2 cm²/Vs）和互補性倒相器（增益22）。這種新方法提示人們?nèi)绾芜M一步的提高溶液法加工技術(shù)的加工精度，并且給出了一種方便的途徑進行石墨烯的圖案化。相關(guān)工作發(fā)表在《先進材料》（Adv. Mater., 2012, 24, 436）上。

圖4 噴墨打印技術(shù)圖案化石墨烯電極

    定量分析了第一分子層在有機場效應(yīng)晶體管中的作用。他們制備了基于石墨烯電極的高性能的單分子層和多層p型并五苯和n型苝酰亞胺場效應(yīng)晶體管（圖5），并證實了第一分子層在薄膜生長和器件傳輸性質(zhì)中起到的重要作用。他們獲得了有關(guān)擴散動力學和薄膜形貌隨著襯底溫度變化的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了兩種分子生長模式的轉(zhuǎn)變，以及不同的擴散活性，進而加深了對熱動力學控制的有機分子生長的了解。同時，他們發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量的第一分子層有利于晶體管器件整體性能的提高。因此，獲得連續(xù)性好的，有序性高的第一分子層，也是獲得高性能的有機場效應(yīng)晶體管的重要途徑。相關(guān)研究發(fā)表在近期的《先進材料》（Adv. Mater., 2012, 24, 1471）上。

圖5 有機場效應(yīng)晶體管中的第一分子層的作用

    多層石墨烯修飾導(dǎo)電原子力顯微鏡針尖。他們發(fā)現(xiàn)借助多層石墨烯修飾的導(dǎo)電AFM針尖，相比于傳統(tǒng)的金導(dǎo)電針尖，能夠獲得高性能的，重復(fù)性高的分子結(jié)（圖6）。通過對硫醇分子結(jié)的電荷傳輸行為的表征，他們發(fā)現(xiàn)由石墨烯修飾的針尖構(gòu)建的硫醇分子結(jié)的電阻差異性只有2左右，而金導(dǎo)電針尖測得的硫醇分子結(jié)的電阻差異性最大達到了3個量級。結(jié)果表明石墨烯修飾針尖有利于降低金導(dǎo)電針尖上的污染程度，從而獲得重復(fù)性好的分子結(jié)。他們進一步發(fā)現(xiàn)石墨烯修飾的針尖具有出色的操作穩(wěn)定性，連續(xù)3600s的長時間操作，基于此針尖的硫醇分子結(jié)的電流略微降低。相比于金導(dǎo)電針尖，石墨烯修飾的針尖不易磨損，連續(xù)操作12小時后，分子結(jié)的電流無明顯變化。同時，他們將石墨烯修飾的針尖放置于空氣中60天后，發(fā)現(xiàn)基于烷基硫醇分子結(jié)的電阻差異性并無多大變化。這一結(jié)果說明石墨烯修飾的針尖的空氣穩(wěn)定性十分出色，相比于金導(dǎo)電針尖不易氧化，進一步證明了石墨烯修飾的針尖可以作為一種研究分子結(jié)的電學性質(zhì)的有效工具。相關(guān)研究發(fā)表在近期的《先進材料》（Adv. Mater. 2012, 26, 3482）上，并被該雜志選為frontispiece。Wiley出版社在Materials Views（中國）網(wǎng)站報道了該結(jié)果。

圖6 多層石墨烯針尖用于表征硫醇分子結(jié)

    近期，他們應(yīng)Acc. Chem. Res.雜志的邀請，撰寫了“Controllable Chemical Vapor Deposition Growth of Few Layer Graphene for Electronic Devices”的述評（DOI:10.1021/ar300103f）。主要基于他們自己的研究結(jié)果分別就少數(shù)層石墨烯的可控制備，圖案化生長，摻氮石墨烯，模板法制備石墨烯帶，無金屬催化劑生長多晶石墨烯，以及基于少數(shù)層石墨烯制備的電子器件，包括場效應(yīng)晶體管，納米機電開關(guān)等進行了評述，并就目前存在的關(guān)鍵科學和技術(shù)難題，今后的發(fā)展方向和前景提出了他們的看法。