焦等(Jiao et al.)于2009年通过等离子刻蚀部分嵌在聚合物膜上的纳米管打开了多壁碳纳米管,制造出了边缘光滑、宽幅分布窄(10~20nm)的石墨烯纳米带(GNRs),这也是制造石墨烯纳米带(GNRs)的标准程序(图7.1)。
图7.1 从碳纳米管中制造石墨烯纳米带 (a)用作原材料的多壁碳纳米管 (b)多壁碳纳米管沉积在硅基底上并涂有聚甲基丙烯酸薄膜 (c)将聚甲基丙烯酸-多壁碳纳米管薄膜从硅基底上剥离,翻转,然后暴露在氩等离子d~g前,经过不同时间的刻蚀,会产生几种物质;刻蚀短时间(t1)后会产生具有碳纳米管(CNT)核的石墨烯纳米带 (d)经过一段时间(t2、t3、t4)的刻蚀后会各自产生三层 (e)、双层 (f)和单层 (g)石墨烯纳米带,(t4>t3>t2>t1;e~g) (h)聚甲基丙烯酸被移除并释放石墨烯纳米带 Copyrightⓒ.2009,Rights Managed by Nature Publishing Group;Courtesy:Jiao et al.2009,Nature,Vol.458,No.16,p.877,2009.
分散过程要求将多壁碳纳米管在1%~20%的吐温20(Tween 20)水溶液中通过超声处理,然后通过离心分离去除多壁碳纳米管聚集物(如果生成的话)。
此过程中所使用的硅基底应事先在氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)水溶液中进行处理,然后用水冲洗并吹干,以便用作沉积多壁碳纳米管悬浮物的基底。吐温20都能通过350℃煅烧从样品上去除。(www.daowen.com)
随后,对多壁碳纳米管上的聚甲基丙烯酸(PMAA)进行自旋涂层,并在温度约为170℃的电热板上烘烤。待冷却之后,将聚甲基丙烯酸-多壁碳纳米管薄膜在80℃的氢氧化钾(KOH)溶液中进行剥离,然后用水冲洗。这种薄膜加热到80℃时会沉积在硅基底上。
之后,在压力为40mTorr时使用10W氩等离子体刻蚀聚甲基丙烯酸-多壁碳纳米管薄膜,然后用水提起聚甲基丙烯酸薄片并将其附着在用氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)处理过的带有预制Pt/W标记阵列的二氧化硅/硅(SiO2/Si)基底上。然后通过用丙酮处理和煅烧去除聚甲基丙烯酸。最后获得的石墨烯带边缘能达到原子级平滑程度,且电导率较高。
选择性刻蚀或等离子刻蚀打开碳纳米管所面临的挑战:这种方法对沉积在石墨烯上的聚甲基丙烯酸甲酯暴露于氩等离子体的时间非常敏感。它能够产生单层、双层和多层石墨烯,而这取决于聚甲基丙烯酸暴露在氩等离子体的时间,所以要想获得特定层数的石墨烯可能较为困难。这一技术更适用于制造多层石墨烯。
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