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意大利巴里大學(xué)Giuseppe ValerioBianco第一作者--氯化亞硫酰化學(xué)摻雜CVD石墨烯獲得極低薄層電阻

化學(xué)摻雜是提高石墨烯導(dǎo)電率的有效途徑。盡管許多人通過(guò)使用多種氧化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)p摻雜(主要摻雜于CVD石墨烯)，但仍有優(yōu)化方法的空間，以進(jìn)一步降低薄層電阻，同時(shí)保持高光學(xué)透明性。在這項(xiàng)研究中，我們開發(fā)了大量使用氯化劑亞硫酰氯來(lái)?yè)饺胧┑?ldquo;新”路線。我們發(fā)現(xiàn)，除了用氯代替氧親核反應(yīng)之外，SOCl₂化學(xué)的熱（T ≥ 120°C）和吡啶催化活化還導(dǎo)致石墨烯基面上產(chǎn)生更多的p摻雜官能團(tuán)。對(duì)于六層堆疊的石墨烯薄膜，在550 nm處的光透射率為85％時(shí)，可獲得18Ω/□的薄層電阻值。此外，等離子體可控氧化石墨烯可以在石墨烯基面引入適量的環(huán)氧和羥基缺陷，最大限度地實(shí)現(xiàn)摻雜劑功能化，從而最大化提高載流子密度，同時(shí)又不顯著影響載流子的遷移率。對(duì)于具有97.5％光學(xué)透明性的單層石墨烯，此方法可使其最小薄層電阻值達(dá)到120Ω/□。

Fig. 1. 通過(guò)化學(xué)缺陷的活化反應(yīng)，SOCl₂共價(jià)摻雜石墨烯。

Fig. 2. 通過(guò)x射線光電子能譜(XPS)獲得了SOCl₂摻雜的單層石墨烯在折角玻璃上的光譜。

Fig. 3. SOCl₂摻雜石墨烯的反應(yīng)方案。

Fig. 4. 單層石墨烯摻雜前后的拉曼特性研究。

Fig. 5. SOCl₂化學(xué)摻雜前(紅線)和后(藍(lán)線)玻璃上等離子體氧化(3s)石墨烯單層的拉曼光譜。

Fig. 6. 摻雜單層石墨烯的薄層電阻與拉曼峰強(qiáng)度比D/G的關(guān)系。

Fig. 7. 單層石墨烯(1L-G)疊加形成摻雜渦輪增壓多層石墨烯薄膜的工藝方案。

Fig. 8. 原始和摻雜多層石墨烯的薄層電阻數(shù)據(jù)。

相關(guān)研究成果于2020年由意大利巴里大學(xué)Giuseppe ValerioBianco第一作者，發(fā)表在Carbon(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.07.038)上。原文：Extraordinary low sheet resistance of CVD graphene by thionyl chloride chemical doping。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：



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