南京邮电大学刘春生教授Nanoscale:石墨烯家族新成员-石墨醚-石墨烯产业专题

南京邮电大学刘春生教授Nanoscale:石墨烯家族新成员-石墨醚

时间:2019-11-24 作者: 来源:材料牛（石墨烯）

引言

石墨烯由于具有独特的物理化学性质受到科研工作者的广泛关注。但石墨烯的零带隙特性会导致较大的截止电流，限制了其在半导体电子器件中的大规模应用。

在石墨烯中打开带隙的方法包括：量子限制、对称性破缺、表面修饰等等。其中表面修饰方法可以打开可观的能隙，但原子或官能团会破坏石墨烯中的离域π键，从而降低了石墨烯的力学和电学性能。除石墨烯之外，石墨烷、石墨炔、石墨二炔等一系列类石墨烯材料被发现，然而这些材料由于缺乏完美的π共轭表现出较低的面内刚度或者载流子迁移率。因此，设计具有宽带隙及良好力、电性质的类石墨烯材料非常有必要。

成果简介

综上所述，石墨烯的π共轭结构被破坏，导致功能化石墨烯的导电性及力学性能显著降低。近日，南京邮电大学刘春生教授课题组理论研究了超共轭效应对二维材料的能带、力学及电学性质的影响。借鉴“自下而上”组装石墨烯的方法，作者将具有超共轭效应的甲醚分子组装成新型的二维碳氧化合物，并命名为“石墨醚（graphether）”。石墨醚具有优异的动力学和热力学稳定性，是直接带隙宽禁带半导体（能隙2.39 eV），具有良好的紫外光区响应性。此外，其在-10%―10%的单轴或双轴应变下仍可保持直接带隙特征。由于超共轭效应，石墨醚armchair方向的面内刚度（459.8 N m-1）超过了石墨烯（~342 N m-1）。相比于氢化、氟化石墨烯较低的载流子迁移率（101-102 cm2 V-1 s-1），石墨醚的电子迁移率在armchair和zigzag两个方向均达到了103 cm2 V-1 s-1。上述优越性质使石墨醚材料有望在纳电子和光伏器件中得到应用。

图文导读

Figure 1. 石墨醚的几何结构及声子谱