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耐蚀石墨烯薄膜缺陷修复
材料人客服小谭     2022-04-24 微信扫码分享 登录后可收藏  
应用场景:
修复石墨烯缺陷
关键性能:
在15分钟内高效地修复石墨烯上多尺度和多类型缺陷,在提高石墨烯膜层腐蚀防护性能的同时不影响石墨烯优异的导电性能
产品介绍:

中国科学院宁波材料技术与工程研究所官网报道,海洋实验室苛刻环境材料耦合损伤与延寿团队设计了一种快速、精准修复石墨烯缺陷的方法,可以在15分钟内高效地修复石墨烯上多尺度和多类型缺陷,在提高石墨烯膜层腐蚀防护性能的同时不影响石墨烯优异的导电性能。研究人员基于溶液蒸发过程中1H,1H,2H,2H-全氟辛硫醇(PFOT)分子在石墨烯缺陷位置的原位自组装,通过硫醇与缺陷位点暴露的铜基底形成化学键快速修复缺陷。采用原子力显微镜和拉曼光谱联用技术验证PFOT修复石墨烯缺陷的精准度,发现PFOT能够选择性吸附在不同类型和尺寸的石墨烯缺陷上,在石墨烯完整区域没有出现PFOT分子。研究人员通过显微红外、XPS和DFT计算揭示了化学键的形成机制,实验表征和DFT计算得出的结果具有非常好的一致性。PFOT分子能与暴露在缺陷位置的基底铜原子和石墨烯缺陷边缘的碳原子形成非常强的共价键,并且,PFOT分子会与完整无缺陷的石墨烯表面形成弱的范德华键,在清洗过程中很容易去除,这就是PFOT精准修复石墨烯缺陷的原因。此外,硫醇与基底铜原子和缺陷边缘碳原子之间的化学键导致PFOT分子扩散到缺陷位置的Ehrlich-Schwoebel势垒降低。这就使得PFOT分子可以很快(仅在15分钟内)且精准的修复石墨烯缺陷。研究人员进一步使用FIB制样并采用TEM观察修复后缺陷位置石墨烯与PFOT分子的微观结构,发现PFOT分子只在石墨烯缺陷处的铜基底上生长,与无缺陷完整石墨烯具有明显且精确的分界,这充分验证了上述PFOT修复石墨烯缺陷机制和化学键合机制。该铜基石墨烯缺陷精准修复的方法展现出普适性,除了PFOT分子以外,高效且长效的修复石墨烯缺陷需要满足以下三个关键要求:一是修复物质必须与金属基底有牢固的化学键合,确保长期的化学稳定性,使得修复缺陷具有长效性;二是修复物质不会与完整无缺陷的石墨烯表面形成化学键,确保修复不会影响石墨烯优异的电学性能;三是修复物质含有疏水性官能团,以降低腐蚀性介质在表面的润湿性从而提升石墨烯膜层的腐蚀防护性能。该研究工作以“Eliminating the galvanic corrosion effect of graphene coating by an accurate and rapid self-assembling defect healing approach”为题发表在Advanced Functional Materials。


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