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浙江大學高超課題組--環境穩定的宏觀石墨烯薄膜具有超過金屬的比電導率
       對于柔性電子設備和產品,非常需要空氣穩定、重量輕且導電的碳基薄膜。石墨烯薄膜是單個石墨烯片的宏觀組合,由于其出色的電傳輸性能和柔韌性,具有巨大的潛力來替代傳統的脆性熱解碳薄膜。但是,石墨烯薄膜的電導率仍不如金屬導體,通常在空氣中如摻雜后不穩定。我們選擇金屬氯化物(MoCl5)作為空氣穩定的摻雜劑,并制備了具有良好控制的嵌入結構的摻雜石墨烯薄膜。MoCl5改性的石墨烯薄膜顯示出創紀錄的高電導率(1.73 107 S/m),記錄了2190.47 cm2 V-1 s-1的高遷移率,具有比基準金屬(例如Au、Ag、Cu)更優的比電導率,且超低溫度系數電阻(1.4×10-4 K-1)。重要的是,MoCl5插層薄膜的電導率和整體結構在大氣環境中具有出色的穩定性,可廣泛應用于電子設備、電磁干擾和能量存儲中。
 
Figure 1. a)制備MoCl5嵌入GF(GF-MoCl5)的示意圖;b)GF-MoCl5-1的照片;GF(c)和GFMoCl5-1(d)的晶體結構示意圖;GF(e)和GF-MoCl5-1(f)的STM圖像
 

Figure 2. GF和GF-MoCl5的XPS光譜(a),XRD圖(b)和拉曼光譜(c);GF-MoCl5的SEM圖像(d),以及GF-MoCl5中C(e)、Mo(f)和Cl(g)元素的相應元素映射圖像; GF-MoCl5的截面形態(h),以及GFMoCl5中C(i)、Mo(j)和Cl(k)元素的相應元素映射圖像

 
Figure 3. a)與純GF和先前文獻中報道的一些金屬氯化物插層的商用石墨片(PGS)相比,GF-MoCl5的高穩定電導率;b)比較GF-MoCl5和幾種金屬導體的比電導率;c)霍爾效應測量GF和GF-MoCl5的載流子密度和遷移率;d)GF和GF-MoCl5歸一化電阻的溫度依賴性

 
Figure 4. a)GF-MoCl5-1在室溫下,空氣中保持12個月的電導率;b)浸入各種溶劑后,GF-MoCl5-1的電導率比較;插圖顯示該膜可以耐受在水中劇烈的機械攪拌;c)浸入各種溶劑后,GF-MoCl5-1的XRD圖譜;d,e)對于GF-MoCl5-1,D帶對G帶的相對強度和G帶位置的拉曼映射圖像;f)在從室溫到140°C的循環加熱負載下,GF-MoCl5-1的電導率;g)在N2氣氛下,對樣品進行熱重分析;h)循環彎曲1000次后,5 mm彎曲半徑下GF-MoCl5-1的相對電阻變化;i)GF和GF-MoCl5-1的EMI屏蔽性能
 
      相關研究成果于2019年由浙江大學Chao Gao課題組,發表在Carbon(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.09.066)上。原文:Environmentally stable macroscopic graphene film with specific electrical conductivity exceeding metals。
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