石墨烯納米帶(GNRs)作為下一代半導(dǎo)體材料之一，引起了人們的注意。其電性能受寬度和邊緣的結(jié)構(gòu)控制?，F(xiàn)在有兩種方法加工GNR，“從上到下”，“從下到上”。“從下到上”的液相加工方法，可以大規(guī)模生產(chǎn)出設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的石墨烯納米帶。但由于化學(xué)合成的GNRs沒(méi)有側(cè)基和官能團(tuán)，只有短烷基鏈，嚴(yán)重的限制了溶液加工性，因此需要更多的基礎(chǔ)研究。
【成果簡(jiǎn)介】
最近，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院馮新亮教授和上海交通大學(xué)特別研究員麥亦勇（共同通訊作者）等在JACS上報(bào)道成果研發(fā)一種聚氧化乙烷功能化石墨烯納米帶，使得石墨烯納米帶在常見(jiàn)有機(jī)溶劑中溶解度有很大的提升，為研究GNRs的性能提供了可能：GNRs在常規(guī)溶劑中易聚集，從而影響了GNRs熒光發(fā)光現(xiàn)象；掃描探針顯微鏡發(fā)現(xiàn)PEO-GNR的自組裝行為；GNR為基體的薄膜型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子遷移率可以達(dá)到0.3cm2／(Vs)等。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 聚環(huán)氧乙烷功能化石墨烯納米帶的合成路線圖
圖2 聚氧化乙烯功能化石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)和性能表征
聚氧化乙烯功能化石墨烯納米帶中的PEO的接枝率為46%，因此得到的GNRs在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出很強(qiáng)的分散性。由拉曼光譜譜圖a可知，GNRs的結(jié)構(gòu)不會(huì)受到功能官能團(tuán)的影響，依然表現(xiàn)出精確的小尺寸結(jié)構(gòu)。
圖b表示的是不同功能化基團(tuán)對(duì)GNRs的分散性的影響是不同的。在THF中溶解度可達(dá)1mg/mL(GNR為主)，且分散穩(wěn)定保持至少1天。GNR-COOCH3和GNR-COOH不能均勻分散在四氫呋喃中，超聲之后幾分鐘就會(huì)看到沉淀。GNR-COOCH3和GNR-COOH在THF中的最高溶解度分別為0.02mg/mL，0.05mg/mL. 由此作者得出，PEO-GRN在常規(guī)溶劑中有著良好的分散性。
圖c為紫外光譜圖，在四氫呋喃中，GNR-COOCHS，GNR-COOH，GNR-PEO的光譜沒(méi)有太大差別，而在水中，GNR-PEO有明顯的偏移，表明其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變化。
圖d表示PEO-GNR在水中GNR強(qiáng)的聚集作用使得熒光效應(yīng)完全消失了。
【展望】
良好的分散性不僅為更深層次理解GNRs的物理化學(xué)性能提供了可能，還有很好的發(fā)展前景。因此，聚合物功能化提供了GNRs相關(guān)研究的發(fā)展機(jī)會(huì)。
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