闽都创新实验室在垂直取向石墨烯的等离子体增强化学气相沉积生长机理研究及其生物应用方面取得突破

时间:2022-03-04 字体【 | |

图:在GaN纳米线阵列上生长的垂直取向石墨烯(VG),这是VG首次被生长在这种纳米材料上(ACS Applied Materials and Interfaces论文封面)。

  垂直取向石墨烯(VG)多年来一直备受关注,但其等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长机制尚未被完全研究清楚。一般认为生长过程中,电场可能起促进作用,但目前仍缺乏直接的证据,且尚不清楚它具体在生长中扮演了什么角色,很多方面还有争议。

  闽都创新实验室孙捷研发团队进行系统的分析研究后发现,在PECVD中,VG的生长优先地发生在局部电场更强的区域,例如在GaN纳米线之尖端处。在几乎是球形的纳米颗粒上,VG不是垂直于基底生长,而是沿局域电场方向生长,即垂直于粒子的局部表面方向。更令人信服的证据是,在PECVD生长过程中,当等离子体鞘层电场受到不同程度的屏蔽时,可以直接观察到电场强度和VG生长之间的正相关性。数值计算表明,在生长过程中,电场有助于在石墨烯上积累电荷,最终会通过库仑斥力使石墨烯平面层劈裂从而转变为分立的三维VG鳞片。此外,局域电场还有助于将带电的前驱体粒子吸引到较为突起的地方,使基底上该处更加突起,并进而通过这一正反馈机制生长成VG。最后,研发团队还证明了这种VG覆盖的二氧化硅纳米颗粒对人类血液白细胞是良性的,会在药物输运中有较大应用潜力。该项成果可以作为进一步研究其他类型垂直二维材料生长的新的出发点,以便继续深挖理论并开发应用。

  相关成果以全文形式发表在本领域权威期刊ACS Applied Materials and Interfaces 14(2022)7152-7160上,并被选为期刊封面。孙捷教授为第一作者和通讯作者,其他合作单位有(按拼音顺序)北京工业大学、丹麦技术大学、福州大学、韩国蔚山科学技术院、瑞典查尔摩斯工学院、瑞典哥德堡大学、瑞典隆德大学。

  论文全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c21640 

  

(孙捷研发团队供稿)

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