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吉林省啟動(dòng)臨床醫(yī)學(xué)研究中心建設(shè)方向征集工作
吉林省科技廳近日啟動(dòng)省級(jí)臨床醫(yī)學(xué)研究中心建設(shè)[詳細(xì)]
西安交大發(fā)現(xiàn)石墨烯邊緣自發(fā)縫合現(xiàn)象
2025年12月03日 10:26:56
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：2367
令人驚奇的是，在新制備的雙層石墨烯邊緣上，研究團(tuán)隊(duì)首次觀察到自發(fā)縫合現(xiàn)象：上下兩層邊緣的瞬態(tài)碳自由基在極短時(shí)間內(nèi)自發(fā)鍵合，形成完美無懸鍵的半管狀封閉結(jié)構(gòu)。
近日，西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自旋電子材料與量子器件中心潘毅教授課題組在國(guó)際期刊《納米快報(bào)》(Nano Letters)上發(fā)表題為“Spontaneous Closing of Torn Bilayer Graphene Edges via a Self-Healing Mechanism”的研究論文，揭示了石墨烯邊緣結(jié)構(gòu)的一種自修復(fù)行為，為未來納米器件的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與性能調(diào)控開辟了新路徑。
研究團(tuán)隊(duì)在極端實(shí)驗(yàn)條件下——超高真空(<10?? Pa)與極低溫(4.5 K)環(huán)境中，利用掃描隧道顯微鏡(STM)針尖作為原子級(jí)“加工刀”，通過場(chǎng)蒸發(fā)效應(yīng)在雙層石墨烯上精準(zhǔn)制備出具有特定晶體取向的邊緣結(jié)構(gòu)，包括鋸齒型(zigzag)和扶手椅型(armchair)邊界。
令人驚奇的是，在新制備的雙層石墨烯邊緣上，研究團(tuán)隊(duì)首次觀察到自發(fā)縫合現(xiàn)象：上下兩層邊緣的瞬態(tài)碳自由基在極短時(shí)間內(nèi)自發(fā)鍵合，形成完美無懸鍵的半管狀封閉結(jié)構(gòu)。這一過程如同材料在原子尺度上實(shí)現(xiàn)了“自我修復(fù)”，使得原本活性高、不穩(wěn)定的邊緣變得結(jié)構(gòu)完整且化學(xué)惰性。
石墨烯邊緣的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)直接影響其電學(xué)、磁學(xué)和化學(xué)性能。傳統(tǒng)制備的石墨烯邊緣常存在懸鍵，導(dǎo)致穩(wěn)定性差、易團(tuán)聚、性能衰減。該研究發(fā)現(xiàn)的“自發(fā)縫合”機(jī)制提供了一種獲得穩(wěn)定邊緣結(jié)構(gòu)的新途徑，為邊緣態(tài)調(diào)控與功能化奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
鋸齒型邊緣具有特殊的磁學(xué)與電子學(xué)性質(zhì)，是構(gòu)筑自旋電子器件和拓?fù)淞孔悠骷睦硐肫脚_(tái)。自發(fā)形成的半管狀封閉結(jié)構(gòu)不僅消除了懸鍵帶來的干擾，還可能引入新的邊界電子態(tài)，為設(shè)計(jì)新型低維量子器件提供了結(jié)構(gòu)原型。
該現(xiàn)象展示了一種在低維碳材料中存在的本征自愈行為，為理解低維材料的穩(wěn)定性與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提供了新視角，也為其他二維材料的邊緣工程與缺陷修復(fù)帶來啟示。
潘毅教授課題組的這項(xiàng)工作，不僅首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了雙層石墨烯邊緣的自發(fā)完美閉合，更從物理機(jī)制上揭示了二維材料邊緣結(jié)構(gòu)的一種內(nèi)在自組織能力。該發(fā)現(xiàn)未來有望應(yīng)用于高性能納米電子器件、量子信息材料和化學(xué)傳感等領(lǐng)域，推動(dòng)石墨烯及相關(guān)二維材料從基礎(chǔ)研究走向功能化應(yīng)用。
參考資料來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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