上海科技大学王竹君团队Nat. Mater.: 石墨烯螺旋的一维和二维顺序生长将手性转换为转角

2023年8月3日，Nat. Mater.在线发表了上海科技大学王竹君教授、德国慕尼黑工业大学Marc-Georg Willinger、中科院深圳先进院丁峰教授和中国人民大学季威教授课题组的研究论文，题目为《Conversion of chirality to twisting via sequential one-dimensional and two-dimensional growth of graphene spirals》。

近年来，能够生产无缺陷单层石墨烯和其他2D材料的生长技术得到了长足的发展。实现石墨烯基纳米电子学的关键要求和仍然存在的瓶颈在于能够控制合成2D结构的电子性质，以及在相关制造规模下以可重复和一致的方式生产它们。2D范德华材料的性质可以通过纳米结构或控制层堆垛来调节，其中层间杂化诱导奇异的电子态和输运现象。在此研究中，作者描述了一种可行的方法和潜在的机制来辅助自组装的转角石墨烯。这个过程可以在标准的化学气相沉积（CVD）生长中实现，最好的描述是用纸的折纸（origami）和剪纸（kirigami）来类比。它涉及在单层石墨烯中可控地诱导褶皱形成，以及随后的褶皱折叠、撕裂和再生长。该过程的本质是形成交织的石墨烯螺旋，并将1D褶皱的手性角转换为3D超晶格的2D转角。该方法可以扩展到其他可折叠的2D材料中，并有助于生产小型电子元件，包括电容器、电阻器、电感器和超导体。

图1 石墨烯折纸-剪纸过程的观察和说明

图2 撕裂褶皱处螺旋生长的初始化

图3 石墨烯螺旋(GSs)的生长和合并

图4 石墨烯螺旋(GS)与高度有序热解石墨(HOPG)的输运性能比较

图5 管状边缘结构

【论文链接】

Wang, ZJ., Kong, X., Huang, Y. et al. Conversion of chirality to twisting via sequential one-dimensional and two-dimensional growth of graphene spirals. Nat. Mater., 2023. https://doi.org/10.1038/s41563-023-01632-y

【其他相关文献】

[1] Chen, H., Zhang, X., Zhang, Y. et al. Atomically precise, custom-design origami graphene nanostructures. Science, 2019, 365, 1036–1040. https://doi.org/10.1126/science.aax7864

[2] Zhao, Y., Zhang, C., Kohler, D. et al. Supertwisted spirals of layered materials enabled by growth on non-Euclidean surfaces. Science, 2020, 370, 442–445. https://doi.org/10.1126/science.abc4284