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污染是表面和界面技術中的主要問題。鑒于石墨烯是具有極大表面積的2D單層材料，表面污染可能會嚴重降低其固有性能，并嚴重阻礙其在表面和界面區域的適用性。然而，尚未實現用于生產保持其優異性能的清潔石墨烯膜的大規模且簡便的處理方法。本文中，報告了一種有效的生長后處理方法，該方法用于選擇性去除表面污染以實現大面積超凈石墨烯表面。所獲得的表面清潔度超過99％的超純石墨烯可以轉移到聚合物殘留量顯著減少的介電基材上，產生500 000 cm² V^-1 s^-1的超高載流子遷移率和118 Ω µm的低接觸電阻。活性炭基皮棉輥對石墨烯污染物的強大粘附力能夠成功去除污染物。

Figure 1. 超凈石墨烯經活性碳涂層皮棉輥處理：a）涂有活性炭的皮棉輥用于清潔石墨烯表面的示意圖；b）活性炭和石墨烯之間接觸面的截面EDS圖；銅箔上c）不清潔和d）超清潔石墨烯的AFM圖像；e）不清潔石墨烯和超清潔石墨烯高度分布的直方圖分別對應于（c）和（d）中的虛線框；f,g）通過選擇性沉積TiO₂顆粒（g中的白點）大面積觀察獲得的超凈石墨烯；比例尺：50 µm；h）清潔表面的HR-TEM圖像；插圖：超凈石墨烯的晶格圖像；比例尺：2 nm。

Figure 2. 石墨烯轉移后聚合物殘留的抑制：a）云母基底上不潔凈石墨烯的AFM圖像和b）相應的高度分布；c）云母基板上獲得的超凈石墨烯的AFM圖像和d）相應的高度分布；e）將獲得的大面積超凈石墨烯薄膜轉移到約4英寸大小的云母基底上；f）轉移的超凈石墨烯的清潔度直方圖。



Figure 3. 所獲得的超凈石墨烯的優異電子性能：a）源極漏極電阻與溝道長度的關系；插圖：經TLM測量的石墨烯晶體管陣列的SEM圖像，比例尺：2 µm；b）接觸電阻與柵極偏置的關系；c）hBN封裝的超純石墨烯的電阻率在T = 1.7 K時隨柵極電壓（V_G）的變化；插圖：封裝石墨烯的霍爾棒器件的光學顯微鏡圖像；d）霍爾遷移率與背柵電壓（V_G）的關系；e）（c）中器件的縱向電導率（σ_xx）與磁場B和V_G的關系。

Figure 4. 強制設計的清潔石墨烯表面的機制：a）界面力模型；b）F-C_amorphous-C_activated和F-C_amorphous-Gr的典型測量粘附力；插圖：裝配有無定形碳涂層微球探針的預制AFM尖端的SEM圖像；比例尺：10 µm；c）使用相同的無定形碳涂層微球探針測量的C_amorphous-C_activated和C_amorphous-Graphene的粘附力直方圖。

        相關研究成果于2019年由北京大學Hailin Peng和Zhongfan Liu課題組，發表在Adv. Mater.（DOI: 10.1002/adma.201902978）上。原文：A Force-Engineered Lint Roller for Superclean Graphene。