石墨烯是一種很有前途的材料，可用于制備明天的納米電子裝置。用精確和可升級的方法制造石墨烯及衍生材料，并且達到理想的電子性能，現(xiàn)在仍然處于探索階段。為克服目前的局限，瑞士聯(lián)邦材料科學與技術研究所（Empa）的研究人員制造石墨烯狀材料，使用了表面化學方式，他們詳細闡述了相應的反應途徑。這項工作發(fā)表在科學雜志《自然化學》上。科學家結(jié)合了經(jīng)驗的觀察，利用了掃描隧道顯微鏡和電腦模擬。
掃描隧道顯微鏡圖像顯示，納米石墨烯分子和兩個穩(wěn)定的中間產(chǎn)品，都在一個銅表面。分子模型顯示了一個納米石墨烯（右下方）以及兩個中間產(chǎn)品（上部和左部）。實際上，分子直徑約為一納米。來源：蘇黎世大學
電子元件變得越來越小，微電子元件逐步讓位于納米電子元件。在納米尺寸，硅這種目前最常用的材料，在半導體技術中基本達到了極限，阻礙著尺寸的繼續(xù)縮小和技術進步。因此，新型電子材料需求量很大。因其不凡的電學性質(zhì)，石墨烯這種二維碳黑網(wǎng)格，被認為是一種可能的替代品。然而，一些障礙必須克服，只有這樣，石墨烯才可用于半導體技術。例如，當前還沒有簡易又實用的方法，來大規(guī)模加工石墨烯狀材料。
瑞士聯(lián)邦材料科學與技術研究所納米技術表面實驗室的研究者們報道，用一種表面化學途徑制造小片石墨烯，這就是所謂的納米石墨烯。使用原型的聚亞苯基前體（polyphenylene precursor），研究者澄清了問題，參與研究的，還有德國美因茨馬克•普朗克聚合物研究所（Max Planck Institute for Polymer Research）和蘇黎世大學的科學家，他們搞清了銅表面化學反應方式的具體細節(jié)，以及基礎材料如何轉(zhuǎn)化為平整的納米石墨烯，這是直接在表面上轉(zhuǎn)化的。這工作已于發(fā)表在科學期刊《自然•化學》上，是提前在線發(fā)布。
計算機生成圖像，顯示的細節(jié)是兩個中間產(chǎn)品之中的一個，是研究人員用掃描隧道顯微鏡確定的。來源：蘇黎世大學
為了進行研究，研究人員結(jié)合了經(jīng)驗的觀察，特別是來自掃描隧道顯微鏡的觀察與電腦模擬。模擬是用來確定，理論上可能的反應步驟是否實際有效。結(jié)果是，反應方式包含6個步驟和5種中間產(chǎn)品。其中，兩種產(chǎn)品表面是穩(wěn)定的。這樣它們就能采用掃描隧道顯微鏡穩(wěn)定成像。反應障礙涉及到不同的中間產(chǎn)品，這一障礙被減少，就因為基質(zhì)的催化作用。
為了整合進電子電路中，石墨烯狀材料的制備，必須是在半導體表面，而不是在金屬表面。研究人員已經(jīng)模擬，測試這種方法是否也適用于這些表面，結(jié)果是很有希望的，結(jié)果表明，基于表面的合成是一種可行的方法，可以制作量身定做的納米石墨烯，而且可以使用一系列不同的基板。
