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意大利巴里大學Giuseppe ValerioBianco第一作者--氯化亞硫酰化學摻雜CVD石墨烯獲得極低薄層電阻

化學摻雜是提高石墨烯導電率的有效途徑。盡管許多人通過使用多種氧化劑來實現p摻雜(主要摻雜于CVD石墨烯)，但仍有優化方法的空間，以進一步降低薄層電阻，同時保持高光學透明性。在這項研究中，我們開發了大量使用氯化劑亞硫酰氯來摻入石墨烯的“新”路線。我們發現，除了用氯代替氧親核反應之外，SOCl₂化學的熱（T ≥ 120°C）和吡啶催化活化還導致石墨烯基面上產生更多的p摻雜官能團。對于六層堆疊的石墨烯薄膜，在550 nm處的光透射率為85％時，可獲得18Ω/□的薄層電阻值。此外，等離子體可控氧化石墨烯可以在石墨烯基面引入適量的環氧和羥基缺陷，最大限度地實現摻雜劑功能化，從而最大化提高載流子密度，同時又不顯著影響載流子的遷移率。對于具有97.5％光學透明性的單層石墨烯，此方法可使其最小薄層電阻值達到120Ω/□。

Fig. 1. 通過化學缺陷的活化反應，SOCl₂共價摻雜石墨烯。

Fig. 2. 通過x射線光電子能譜(XPS)獲得了SOCl₂摻雜的單層石墨烯在折角玻璃上的光譜。

Fig. 3. SOCl₂摻雜石墨烯的反應方案。

Fig. 4. 單層石墨烯摻雜前后的拉曼特性研究。

Fig. 5. SOCl₂化學摻雜前(紅線)和后(藍線)玻璃上等離子體氧化(3s)石墨烯單層的拉曼光譜。

Fig. 6. 摻雜單層石墨烯的薄層電阻與拉曼峰強度比D/G的關系。

Fig. 7. 單層石墨烯(1L-G)疊加形成摻雜渦輪增壓多層石墨烯薄膜的工藝方案。

Fig. 8. 原始和摻雜多層石墨烯的薄層電阻數據。

相關研究成果于2020年由意大利巴里大學Giuseppe ValerioBianco第一作者，發表在Carbon(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.07.038)上。原文：Extraordinary low sheet resistance of CVD graphene by thionyl chloride chemical doping。

轉自《石墨烯雜志》公眾號：

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