碳納米管/石墨烯生長過程的原位拉曼光譜研究

《碳納米管/石墨烯生長過程的原位拉曼光譜研究》是依託北京大學，由張錦擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳納米管/石墨烯生長過程的原位拉曼光譜研究
• 項目負責人：張錦
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

碳納米管和石墨烯均為近年發展起來的明星材料，因其特殊的電荷輸運特性和極高的載流子遷移率，為發展新一代高性能CMOS器件提供了新的材料選項，但如何實現碳納米管的管徑與手性控制以及大面積製備單層石墨烯仍是目前的挑戰性問題。要實現碳納米管和石墨烯的控制生長，深入理解其生長機理是至關重要的。到目前為止其生長機理仍是眾說紛紜，這都是因為人們很難獲得高溫生長過程中的中間信息。本項目的核心目標就是將高溫的CVD生長體系引入到拉曼光譜測量的樣品台上，實現在碳納米管或石墨烯的生長過程中原位測量其拉曼光譜的變化規律，捕捉到碳納米管或石墨烯生長過程的中間信息，從而系統而深入的闡明碳納米管或石墨烯的生長機理。

結題摘要

碳納米管自發現以來已走過20多年的歷史了，雖然在其結構控制製備方面取得了重大進展，但在單壁碳納米管的結構精確控制方面仍存在很多難題與挑戰，這也是限制單壁碳納米管在器件中套用的瓶頸問題。要實現碳納米管和石墨烯的控制生長，深入理解其生長機理是至關重要的。本項目的核心目標就是將高溫的CVD生長體系引入到拉曼光譜測量的樣品台上，實現在碳納米管或石墨烯的生長過程中原位測量其拉曼光譜的變化規律，從而系統而深入的闡明碳納米管或石墨烯的生長機理。同時，為了獲得更好的拉曼信號，發展了石墨烯增強拉曼光譜技術並對其增強機理進行了詳細的研究，為研究碳納米管和石墨烯的生長機理奠定了良好的基礎。主要成果有： 1，建立了化學氣相沉積與拉曼光譜聯用系統，解決了高溫條件下黑體輻射的干擾問題，實現碳納米管和石墨烯的生長。 2，用SiO2納米粒子為成核點，實現了管徑可控的單壁碳納米管的非金屬催化生長，並用原位拉曼光譜技術研究了其生長機制。 3，發展了一種以水蒸汽作為弱氧化劑選擇性刻蝕金屬性單壁碳納米管的方法，實現了半導體性單壁碳納米管陣列的製備。 4，發明了金屬型和半導體型單壁碳納米管陣列的“膠帶法”分離技術。 5，發現了石墨烯增強拉曼散射效應，並從石墨烯層數、石墨烯費米能級的調節、分子與石墨烯的距離和分子在石墨烯表面的構象等幾個方面對石墨烯拉曼散射增強機理進行了詳細的研究。 自項目執行以來，共發表SCI論文16篇，包括PNAS 1篇、Angew. Chem. Int. Ed. 1篇、Nano Letters 2篇、ACS Nano 1篇、Small 2篇等。獲授權專利3項。參加國內外各類學術會議10人次，其中國際、地區和雙邊會議邀請報告7人次。國內會議邀請報告3人次。項目執行期間共培養博士後2名、博士畢業生5名。項目負責人自2010年起任Carbon雜誌的Editor。