納米多孔石墨烯在納米電子學(xué)和膜分離領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，因此對(duì)石墨烯進(jìn)行有序精準(zhǔn)穿孔操作要求更加嚴(yán)格。石墨烯的可縮放性和時(shí)間/成本效益是現(xiàn)有納米穿孔方法（例如催化蝕刻和光刻）面臨的重大挑戰(zhàn)。本文報(bào)道了通過(guò)氧化蝕刻應(yīng)變引導(dǎo)石墨烯穿孔，其中納米孔選擇性地在由底部預(yù)制圖案化的納米突起引起的凸起處成核。利用反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)和理論模型，通過(guò)凸起誘導(dǎo)應(yīng)變和增強(qiáng)蝕刻反應(yīng)活性之間的關(guān)系揭示了穿孔機(jī)制。在SiO
2 NPs/SiO
2襯底上對(duì)石墨烯進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)的平行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)暴露于不同時(shí)間的氧等離子體，驗(yàn)證了應(yīng)變導(dǎo)向穿孔和孔徑演化的可行性。這種可擴(kuò)展的方法可以應(yīng)用于各種2D材料（如，石墨烯和h-氮化硼）和納米突起（如，SiO
2和C
60納米顆粒），從而合理地制造基于2D材料的器件。
Figure 1 通過(guò)底層預(yù)浸漬NPs對(duì)2D材料進(jìn)行應(yīng)變引導(dǎo)穿孔示意圖。
Figure 2 r-MD模擬演示。a)附著于NPs陣列修飾的襯底上的石墨烯應(yīng)變分布，其直徑為1nm，周期為5nm，b)蝕刻石墨烯形態(tài)演化隨模擬時(shí)間的變化，c)石墨烯和h-BN模擬時(shí)間對(duì)生成孔隙面積的影響。
Figure 3機(jī)制澄清。a)空間連續(xù)分布的相對(duì)穿孔概率通過(guò)SBA模型2×2 NPs數(shù)組，ρ
0是非應(yīng)變區(qū)域的參考概率，b) SFN模型對(duì)穿孔概率的空間離散分布，其中單個(gè)NP被具有周期性邊界條件的石墨烯覆蓋。
Figure 4 石墨烯暴露于氧等離子體之前后的形態(tài)學(xué)表征。a)粘附在SiO
2 NPs/SiO
2襯底上的CVD石墨烯的SEM圖，藍(lán)色箭頭表示圓頂狀的形態(tài)，b)脫層區(qū)域與NP頂點(diǎn)粘連區(qū)域的石墨烯凸起的放大SEM圖，c)石墨烯凸起的二維AFM圖像，d)石墨烯與SiO
2 NPs/SiO
2襯底粘結(jié)前后的原始拉曼光譜，e)石墨烯與NPs(紅色箭頭)暴露于等離子體氧氣6 s后的SEM圖，f)去除NPs后成核孔隙的放大SEM圖，g)三維AFM圖像，h)具有良好結(jié)構(gòu)的所造孔隙的高度剖面。
Figure 5 暴露時(shí)間對(duì)孔隙生長(zhǎng)的影響。a-d)生成孔隙的隨時(shí)間演化的SEM圖：0 s時(shí)無(wú)孔隙，1.5 s時(shí)≈15 nm, 3 s時(shí)≈40 nm, 4.5 s時(shí)≈60 nm。e)石墨烯隨著氧等離子體暴露時(shí)間增加的拉曼光譜，f)不同曝光時(shí)間蝕刻石墨烯的I
D/I
G與I
2D/I
G比值，g)未暴露的NPs與總采樣NPs的數(shù)量比隨暴露時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)匯總。
相關(guān)研究成果于2019年由美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Xi Chen課題組，發(fā)表在Small（
https://doi.org/10.1002/smll.201903213）上。原文：Strain-Guided Oxidative Nanoperforation on Graphene
