石墨烯具有獨特的機械、電子和光學特性，這使得它在一系列應用中備受關注。這些性質可以通過控制石墨烯的結構及其與表面的相互作用來調節。自組裝單層(SAMs)可以定制石墨烯-表面相互作用；然而，在空間上控制這些相互作用仍然是一個挑戰。在這里，我們將膠體光刻與不同的SAM化學混合，以創建基于石墨烯與襯底的化學相互作用來修改石墨烯屬性的圖案化架構，并研究這些相互作用是如何在空間上排列的。使用原子力顯微鏡、拉曼和紅外光譜、散射型掃描近場光學顯微鏡和X光光電子能譜對圖案化系統及其產生的結構、納米力學和光學特性進行了表征。
圖 1. 模板自組裝、化學氣相沉積(CVD)石墨烯制備以及隨后轉移到圖案化SAM基板的示意圖。
圖 2. 用PFPA分子回填孔隙以及隨后與石墨烯反應的示意圖。 (A)在將CVD石墨烯轉移到圖案化SAM上之前，OTS單層中的空孔用 PFPA 分子回填。 然后將石墨烯-SAM結構在140℃下加熱40分鐘，以驅動PFPA分子的疊氮化物基團與石墨烯晶格中的兩個相鄰碳原子之間的反應。 (B) PFPA疊氮化物基團與石墨烯的反應機理。
圖 3. AFM形貌和摩擦圖像以及使用三種不同模板球直徑的OTS單層孔的橫截面。
使用 (A) 1.8μm 球體、(B) 0.5μm 球體和 (C) 0.2μm球體作為模板的具有相應空孔橫截面的形貌和摩擦圖像。 對于所有圖像，橫截面位置由白色虛線表示，孔在橫截面中由粉紅色框表示。 比例尺為 (A) 2、(B) 0.5 和 (C) 0.5μm。
圖 4. 使用1.8 (A-C)、0.5 (D-F) 和0.2μm (G-I)球體模板創建的石墨烯轉移到孔隙上的 AFM 形貌和摩擦圖像，其中顯示了形貌和摩擦力 具有相應橫截面的空孔（左列）和C10填充（中心列）和 PFPA 填充孔（右列）的圖像。 對于所有圖像，橫截面位置由白色虛線表示，其中孔隙位置以粉紅色突出顯示。 比例尺為2μm (A-C)、200 nm (D-F) 和100 nm (G-I)。
圖 5. 石墨烯與 0.2μm PFPA填充孔反應的AFM形貌(A)和摩擦(B)圖像以及相應的橫截面 (C)。 對于這兩個圖像，橫截面位置由白色虛線表示，比例尺為 0.1μm。
圖 6. 加熱前后各種1.8 μm孔樣品上石墨烯的代表性拉曼光譜。 (A) 1.8 μm空孔，(B) 1.8 μm C10填充孔，(C) 1.8 μm PFPA填充孔。對于所有光譜，2D (∼2670 cm
−1) 和 G (∼1583 cm
−1) 峰位置以黑色標記，2D/G峰強度比以藍色標記，位移 (Δ) 的比率2D/G峰值位置標記為紅色。 使用 Lee 等人研究中的固有峰位置（G：1581.6 cm-1 和 2D：2676.9 cm-1）計算峰位移。其中大 (>2.00) 2D/G峰位移比表明峰位置的位移由應變主導。當峰值位置的偏移由應變主導時，G 峰值偏移的方向（在每個光譜中的括號中）表示應變的類型。升檔 (Δ: +) 表示壓縮應變，而降檔 (Δ: -) 表示拉伸應變。
圖 7. 在 140℃加熱前后，空孔 (A)、C10孔 (B) 和PFPA孔 (C)在較大孔系統（1.8μm微球模板）上的石墨烯拉曼圖譜。 比例尺為2μm。
圖 8. (A)在 140℃下加熱40分鐘后，超過0.5μm 模板化的空孔（左）和填充PFPA（右）孔的石墨烯代表性區域的AFM攻絲模式形貌圖像。 （B）在 140℃下加熱40分鐘后，石墨烯在 0.5μm模板化的空孔（左）和PFPA填充（右）孔的代表性區域的相應歸一化NF振幅圖像（使用 10.5μm CO
2 激光源）。相應的 NF幅度圖像被歸一化為每個圖像中裸 OTS 的幅度信號。 所有比例尺均為 0.2 μm。 孔隙位置在地形圖像中用白色虛線圓圈表示。
相關科研成果由德克薩斯農工大學Maelani Negrito和Meagan B.Elinski等人于2021發表在Langmuir（https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c01136）上。原文：Using Patterned Self-Assembled Monolayers to Tune Graphene–Substrate Interactions。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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