塊狀石墨烯納米膜具有快速的電子和聲子傳輸以及強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用潛力，從光子、電子和光電設(shè)備到電荷剝離和電磁屏蔽等。然而，大面積具有寬厚度范圍的柔性緊密堆疊石墨烯納米膜尚未見(jiàn)報(bào)道。在這里，報(bào)告了一種聚丙烯腈輔助的“基板替代”策略，用于制造大面積的獨(dú)立式氧化石墨烯/聚丙烯腈納米膜（橫向尺寸 ~ 20 厘米）。線性聚丙烯腈鏈衍生的納米通道促進(jìn)氣體逸出，并在 3,000℃熱處理后實(shí)現(xiàn) 50-600 nm 厚度的宏觀組裝石墨烯納米膜 (nMAG)。nMAG具有良好的電學(xué)性能：載流子遷移率，1540 cm²V?¹ s?¹；電導(dǎo)率，2.04 MS m?¹；載流子壽命4.7 ps。將其應(yīng)用于電磁屏蔽，nMAG的高電導(dǎo)率降低了其最低商用厚度(100 nm，20 dB)；。nMAG 非常靈活，即使經(jīng)過(guò) 1.0 × 10
5 個(gè)折疊-展開(kāi)循環(huán)后也沒(méi)有結(jié)構(gòu)損壞。此外，nMAGs 將石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)的檢測(cè)區(qū)域從近紅外擴(kuò)展到中紅外，并表現(xiàn)出比相同厚度的最先進(jìn) EMI 材料更高的絕對(duì)電磁干擾 (EMI) 屏蔽效能。預(yù)計(jì)這些結(jié)果將導(dǎo)致這種塊狀納米薄膜的廣泛應(yīng)用，特別是作為微/納米電子和光電子平臺(tái)。
Fig 1 . 超薄自支撐GO/PAN薄膜的制備。a自支撐 GO/PAN 薄膜的制備過(guò)程。b不同質(zhì)量比的GO/PAN薄膜在水中溶脹前后的XRD圖譜。c從水面上的石英基板上分離 GO/PAN 膜（步驟 II）。d具有大面積和“求是鷹”形狀（角）的獨(dú)立式 GO/PAN 薄膜（190 nm 厚）的圖像。e獨(dú)立式 nMAG（100 nm 厚）在氬氣氛下在 3,000℃下處理 1 小時(shí)。
Fig 2. 基于PAN原子氣體溢出通道。a GO/PAN中原子通道形成的示意圖；b GO/PAN在N2和空氣氣氛中的TGA圖 (PAN, 70%)，插圖顯示了不同PAN含量的nMAG在N2和空氣中加熱到270℃的剩余質(zhì)；c 600 nm厚預(yù)氧化GO/PAN 膜 (PAN, 70%)和PAN 膜中氧元素的飛行質(zhì)樸圖及其對(duì)應(yīng)的氧三維映射圖(插圖)；d 270℃預(yù)氧化前后不同PAN含量GO/PAN薄膜的XRD譜圖；e不同溫度下熱處理nMAG (PAN, 50%)和還原氧化石墨烯的ID/IG值。右上顯示了不同PAN含量下1600℃處理的nMAG的ID/IG值。
Fig 3. nMAG 的結(jié)構(gòu)和靈活性。a 50 nm 厚 nMAG 的 HR-TEM（橫截面，上）和 SEM（表面，下）圖像。b–d不同厚度的 nMAG 的橫截面和表面 SEM 圖像。e不同厚度的 nMAG 的 AB 含量（上）和 50 nm 厚的 nMAG 的拉曼光譜（下）。f GO 的 HR-TEM 圖像（上）和 nMAG 的 STM 形貌圖像（下）。g用 600 nm 厚的 nMAG 折疊的紙飛機(jī)。h重復(fù)折疊后 600 nm 厚的 nMAG 的電阻變化。
Fig 4. nMAGs 的電氣性能和應(yīng)用。a nMAG 的載流子遷移率和電導(dǎo)率。b不同厚度的 nMAG 的 TCR。c不同厚度的 nMAG 的瞬態(tài)吸收動(dòng)力學(xué)（功率密度，1 mW mm -2；泵浦波長(zhǎng)，532 nm；探測(cè)波長(zhǎng)，1.4μm）。d nMAG 的電磁屏蔽機(jī)制示意圖。e 50、100、240、400 和 600 nm 不同厚度的 nMAG 的 EMI SE。f不同 EMI 材料在 X 波段與厚度的 SSE/t 比較。g nMAG/Si 肖特基二極管的示意圖。h I-VnMAG/Si 在不同波長(zhǎng)激光照射下的曲線（平均功率密度 40 mW mm. -2）。i 3 µm 波長(zhǎng)脈沖激光（200 fs 脈寬）照射下時(shí)域 nMAG/Si 的光電流（τ r = 20 ns 是上升時(shí)間，即信號(hào)從最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)的時(shí)間）。
Fig 5.由 200 納米厚的 nMAG 組裝而成的 10 微米厚的 mMAG 的熱特性。a GO/PAN 薄膜（每層 400 nm）和 PVA（每層 5-20 nm）逐層組裝的示意圖，經(jīng)過(guò) 3,000℃熱處理后形成 10μm 厚的 mMAG（上）以及預(yù)氧化過(guò)程中PVA分解示意圖（下）；黃色和灰色薄膜為預(yù)氧化前后的PAN/GO薄膜，綠色為PVA。b mMAG 的光學(xué)圖像。c mMAG 表面和橫截面的 SEM 圖像，顯示微褶皺的超低密度。d SAXS 散射圖案的方位角 (φ) 圖以及 mMAG、GPI 和 GPF 薄膜的相應(yīng)二維 SAXS 圖案（插圖）。電子mMAG、GPI 和 GPF 薄膜的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。f 10μm 厚的 GPI、Cu、GPF 和 mMAG 的紅外熱圖像和相應(yīng)的溫度曲線，一側(cè)緊貼恒溫加熱器。
相關(guān)研究工作由浙江大學(xué)Chao Gao課題組于2023年在線發(fā)表在《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Flexible Large?Area Graphene Films of 50–600 nm Thickness with High Carrier Mobility。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
