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污染是表面和界面技術(shù)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(huì)嚴(yán)重降低其固有性能，并嚴(yán)重阻礙其在表面和界面區(qū)域的適用性。然而，尚未實(shí)現(xiàn)用于生產(chǎn)保持其優(yōu)異性能的清潔石墨烯膜的大規(guī)模且簡(jiǎn)便的處理方法。本文中，報(bào)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(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)移到聚合物殘留量顯著減少的介電基材上，產(chǎn)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(duì)石墨烯污染物的強(qiáng)大粘附力能夠成功去除污染物。

Figure 1. 超凈石墨烯經(jīng)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(duì)應(yīng)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(diǎn)）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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)的高度分布；e）將獲得的大面積超凈石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到約4英寸大小的云母基底上；f）轉(zhuǎn)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(yōu)異電子性能：a）源極漏極電阻與溝道長度的關(guān)系；插圖：經(jīng)TLM測(cè)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(guān)系；c）hBN封裝的超純石墨烯的電阻率在T = 1.7 K時(shí)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(xué)顯微鏡圖像；d）霍爾遷移率與背柵電壓（V_G）的關(guān)系；e）（c）中器件的縱向電導(dǎo)率（σ_xx）與磁場(chǎng)B和V_G的關(guān)系。

Figure 4. 強(qiáng)制設(shè)計(jì)的清潔石墨烯表面的機(jī)制：a）界面力模型；b）F-C_amorphous-C_activated和F-C_amorphous-Gr的典型測(cè)量粘附力；插圖：裝配有無定形碳涂層微球探針的預(yù)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(cè)量的C_amorphous-C_activated和C_amorphous-Graphene的粘附力直方圖。

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