小分子作为转移媒介可实现高质量悬空单层石墨烯高效转移

近日，西北农林科技大学理学院教授刘文林、副教授王曌采用环境友好小分子作为转移媒介实现了高质量悬空单层石墨烯的高效转移，相关研究成果发表在《自然-通讯》上。

具有原子厚度的二维材料在电子、光子学和能源等相关领域具有很高的应用前景。然而，转移至衬底的二维材料受到衬底的散射作用会影响其本征性质的研究，悬空二维材料可以避免来自衬底的扰动，是反映材料的本征优良性能的最佳研究对象。然而大面积、洁净悬空二维材料的制备存在着巨大的挑战。其中，悬空石墨烯具有完美六方晶格、超高热/电导率、机械强度和可忽略的背景噪声在高分辨率透射电子显微镜（TEM）和冷冻电镜成像等方面展现了巨大的实用前景。然而，传统基于聚合物媒介和引入低表面能溶液的转移方法难以制备大面积、洁净的单层悬空石墨烯，特别是实现10 μm以上的高完整悬空样品的制备。

该研究采用环境友好小分子环十二烷作为转移媒介，通过利用环十二烷的不溶于水、室温可升华及低熔点特性成功应用于高质量悬空单层石墨烯的高效转移。以悬空电镜载网为基底，在15μm以下悬空区域，完整度达到98%以上；最大单层悬空区域达到36μm。研究获得的单层悬空石墨烯展现了高达4914的热导率。该方法展现了优异的单层悬空石墨烯电镜载网的批量化制备潜力，具备一定的商业价值。

该方法也可适用于其他悬空二维材料的制备，无论机械剥离的MoS2或者气相沉积生长的MoS2都可以采用该方法实现悬空样品的高完整制备。研究提出的悬空二维材料制备方法在冷冻电镜中石墨烯电镜载网助力生物大分子结构解析、二维材料的本征性能研究方面提供了新思路。

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相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51331-8