[發明專利]石墨烯納米網和在石墨烯片中形成孔的方法

有效

• 申請號: 201410022613.5
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103935985A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: A·阿夫扎利-阿爾達卡尼;A·A·馬魯夫;G·J·馬蒂納
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;G01N27/30
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 李穎;林柏楠

發明領域

本發明大體上涉及石墨烯(graphene)納米網，更具體涉及在石墨烯納米網中形成孔。

技術背景

石墨烯納米網由于它們在納米電子、納米催化、化學和生物傳感以及其它工業學科和應用中的潛在用途而引起更大興趣。形成孔的一種傳統方法是納米印刷平版印刷法(nanoimprint?lithography)。但是，形成具有數百納米（nm）直徑的所得孔。形成孔的其它傳統方法，如嵌段共聚物(BCP)平版印刷和電子束蝕刻提供直徑大約10納米的孔。因此，制造納米網的傳統方法局限于無法提供具有亞納米直徑的孔。因此，限制了石墨烯納米網的總體潛在應用。

發明內容

根據一個實施方案，石墨烯納米網包括石墨烯片，該石墨烯片具有貫穿該片形成的許多孔。各孔具有由石墨烯片的內緣限定的第一直徑。許多鈍化元素鍵合于各孔的內緣。所述許多鈍化元素限定了第二直徑，其小于第一直徑以降低所述許多孔中的至少一個孔的總直徑。

根據另一實施方案，在石墨烯片中形成孔的方法包括將石墨烯片置于含有許多鈍化元素的真空中。該方法進一步包括通過電子束在石墨烯片中形成至少一個具有第一直徑的孔。電子束在納米孔邊緣誘發許多活性碳位點。該方法進一步包括使碳位點在所述許多鈍化元素中暴露預定時間以使鈍化元素鍵合于活性碳位點并延伸到所述至少一個孔中以降低初始直徑。

在另一實施方案中，降低在石墨烯片中形成的孔的直徑的方法包括在石墨烯片中形成至少一個具有第一直徑的孔以使所述至少一個孔被石墨烯片的鈍化邊緣包圍。該方法進一步包括使所述鈍化邊緣與化學化合物化學反應。該方法進一步包括響應于所述化學反應在鈍化邊緣形成分子刷以限定第二直徑，其小于所述至少一個孔的初始直徑。

通過各種實施方案和權利要求了解另外的特征。在本文中詳細描述了其它實施方案和特征并被認為是要求保護的發明的一部分。為了更好地理解本發明的特征，參考說明書和附圖。

附圖簡要說明

被視為本發明的主題被特別指出并在說明書結尾的權利要求書中清楚地要求保護。結合附圖由下面的詳細說明容易看出上述特征和其它特征，其中：

圖1A是在電子束蝕刻工藝形成被活性碳位點包圍的初始納米孔后的石墨烯片的頂視圖；

圖1B是圖1中所示的石墨烯片的透視圖；

圖2A是在電子束蝕刻工藝形成納米孔后位于含有鈍化元素的真空環境中的石墨烯片的示意圖；

圖2B圖示了在鈍化元素鍵合到存在于納米孔邊緣的活性碳位點上后的圖2A的石墨烯片；

圖3A是包括具有鈍化邊緣的納米孔的石墨烯片的示意圖；

圖3B圖示了在使鈍化元素鍵合到納米孔的鈍化邊緣上的化學反應之后的圖3A的石墨烯片；

圖4A圖示了圖1A的石墨烯片，其顯示朝納米孔遷移的苯乙烯分子；

圖4B是圖4A中所示的石墨烯片的透視圖；

圖5A圖示了圖4A的石墨烯片，其顯示鍵合于活性碳位點的苯乙烯分子，用以降低納米孔的初始直徑；

圖5B是圖5A中所示的石墨烯片的透視圖；

圖6A是根據另一實施方案具有通過電子束蝕刻法貫穿其形成的初始納米孔并位于含有乙烯分子的真空環境中的石墨烯片的頂視圖；

圖6B是圖6A中所示的石墨烯片的透視圖；

圖7A圖示了圖6A的石墨烯片，其顯示鍵合于圍繞納米孔的活性碳位點上的乙烯分子，用以降低初始納米孔的總直徑；

圖7B是圖7A中所示的石墨烯片的透視圖；

圖8是說明根據一個示例性實施方案在石墨烯片中形成納米孔的方法的流程圖；和

圖9是說明根據另一示例性實施方案在石墨烯片中形成納米孔的方法的流程圖。

具體實施方式

現在參照圖1A和1B，根據一個示例性實施方案圖示了具有貫穿其形成的納米孔102的石墨烯片100。可以使用例如電子束（e-束）蝕刻法在石墨烯片100中形成一個或多個納米孔102。但是，會認識到，可以利用用于形成納米孔的各種技術，包括但不限于，納米印刷平版印刷、嵌段共聚物(BCP)平版印刷和二-嵌段共聚物平版印刷，其可以如下文更詳細描述的那樣在石墨烯片中形成一個或多個納米孔。在至少一個實施方案中，可以在石墨烯片100中以預定孔-孔間隔圖案形成許多納米孔102以形成石墨烯納米網。石墨烯片100包含碳原子的六方晶格（例如蜂窩狀）。石墨烯片100可包含碳原子單層或互相堆疊的多個單層。