據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國科學(xué)家首次在金屬上從頭開始逐個(gè)原子地合成出了石墨烯納米帶——在熔爐中生長出的石墨烯的同軸六邊形。發(fā)表在最新一期《美國化學(xué)會(huì)志》上的研究報(bào)告稱，這種石墨烯“洋蔥圈”有望用于鋰離子電池和高級(jí)電子設(shè)備內(nèi)。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一、萊斯大學(xué)的物理學(xué)家詹姆斯·圖爾說，通常而言，通過化學(xué)氣相沉積方法在一個(gè)熔爐中生長的石墨烯以一個(gè)種子（銅或其他金屬表面的少許灰塵或一個(gè)隆起物）開始。在成核過程中，一個(gè)碳原子附著在該種子的表面，其他碳原子“依葫蘆畫瓢”，就形成了鐵絲織網(wǎng)一樣的網(wǎng)格。

圖爾團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，想弄清楚石墨烯如何在高壓下以及富氫環(huán)境中生長出第一圈環(huán)。他們發(fā)現(xiàn)，在這樣的環(huán)境下，一塊快速生長的石墨烯薄片被氫化，其整個(gè)邊緣會(huì)變成一個(gè)成核點(diǎn)。該邊緣使碳原子位于石墨烯的皮膚下，碳原子在此處開始形成一塊新的薄片。但因?yàn)轫敳康氖┑纳L速度很快，最終會(huì)阻止碳原子流往位于其下的新薄層，使底部的石墨烯停止生長，留下一個(gè)石墨烯環(huán)。整個(gè)過程再不斷重復(fù)循環(huán)。

圖爾解釋道：“這一機(jī)制依靠最上面的石墨烯層阻止碳原子到達(dá)底部，最終，我們得到的是層疊的多層單晶體石墨烯‘洋蔥圈’。”

圖爾說：“一般情況下，如果我們不斷地削一大塊物體，就可以獲得納米帶。但如果我們能從頭開始，種植出納米帶，就能控制其邊緣，而邊緣的原子構(gòu)造有助于確定石墨烯的電學(xué)屬性。我們得到的六方形石墨烯‘洋蔥圈’的邊緣都是鋸齒形，這就使其擁有了金屬的屬性。而且，我們能改變生長環(huán)境中氫與碳之間的相對(duì)壓力，得到一種與普通石墨烯迥然不同的全新結(jié)構(gòu)。”經(jīng)過進(jìn)一步測試發(fā)現(xiàn)，微型環(huán)在薄片下部而非頂部形成，頂部的石墨烯薄片或許可使用氬等離子體去除，留下獨(dú)立的環(huán)。

這種環(huán)的寬度介于10納米到450納米之間，寬度也會(huì)影響電學(xué)屬性，因此，找到方法控制寬度成為科學(xué)家們的下一步目標(biāo)。圖爾說：“如果能整齊劃一地制造出10納米寬的石墨烯帶，我們就可以將其變成低電壓的晶體管，這種晶體管可能適用于制造先進(jìn)的鋰離子電池中的鋰存儲(chǔ)設(shè)備。”

總編輯圈點(diǎn)

將單層石墨烯規(guī)范切割成納米帶時(shí)，邊緣會(huì)出現(xiàn)兩種可能：鋸齒形或扶手椅形，不同的邊緣又會(huì)賦予石墨烯不同的電性。然而，在納米量級(jí)，要想切出寬度相等且邊緣規(guī)范的石墨烯帶，并不像用美工刀裁紙那么簡單，更不要說是“洋蔥圈”了。新研究的亮點(diǎn)，就是變“切割”為從一個(gè)原子開始的親手“種植”，并找到了做“洋蔥圈”的妙招。研究進(jìn)行到了現(xiàn)在的程度，相信接下來做出完美的10納米“洋蔥圈”并不會(huì)太難。到那時(shí)，“大明星”石墨烯可能又會(huì)引起“粉絲”們的一陣膜拜，相關(guān)的股票恐怕也會(huì)再“飄紅”。

《科技日?qǐng)?bào)》（2013-07-20 一版）