Carbon | 利用激光诱导水蒸发形成石墨烯纳米结构

由于其透明性和机械强度，石墨烯纳米结构的简单构建对基础研究和各种应用具有潜在的重要意义。

近日，韩国延世大学Sang-Yong Ju教授及其相关研究人员发现聚焦激光辐照石墨烯/滞化水/疏水衬底导致滞化水蒸发，进而形成石墨烯纳米结构。在疏水Si衬底上机械剥离的石墨烯被用作可变形和不透水的纳米容器，水从弱边缘缓慢地扩散到石墨烯和衬底之间的范德华(vdW)耦合间隙体。拉曼光谱显示，水的俘获促进了石墨烯G带和2D带频率的逐渐降低，由于衬底诱导掺杂的vdW解耦和疏水衬底的双轴应变，石墨烯的扩散速度较慢。此外，汽化的截留水通过石墨烯的滑动和膨胀作用促进纳米结构。这种方法代表了从二维材料生产纳米结构的可行方法。

相关研究结果以" Formation of graphene nanostructures using laser induced vaporization of entrapped water " 为题，发表在 Carbon 上。

通过使用激光照射形成的石墨烯纳米结构促进了石墨烯和 ODS 之间滞化水的蒸发。

(a) O2 等离子体处理的 285 nm 厚 SiO2/Si 衬底的 OTS 功能化。请注意，SiO2/Si 具有固有的粗糙度。(b) ODS 上的石墨烯剥离。(c) 在含有视口的水室中，水扩散到石墨烯和 ODS 之间的空隙中。(d) 激光辅助加热和蒸发滞化水，以及随后通过膨胀和滑动形成石墨烯纳米结构。

研究证明了聚焦激光辐照石墨烯-水-疏水性基材可以用来形成包括纳米通道和纳米球在内的石墨烯纳米结构。在此过程中，聚焦激光束的照射促进了密闭水的汽化，使得机械坚固的石墨烯通过等疏水拍打之间的vdW相互作用在水面上滑动而向上膨胀。水缓慢且各向异性地扩散到疏水平面空间中。水缓慢地、无同位素地扩散到疏水平面间空间。通过拉曼光谱(Raman spectroscopy)和延时映射(time-lapsed mapping)，随着浸入时间的增加，平面间水扩散使石墨烯 - 基材相互作用解耦，并逐渐导致产生电荷中性石墨烯。这些观察结果被用来制造石墨烯纳米球。随着对疏水石墨烯/衬底之间水扩散的详细了解，这些观察结果为构建形态修饰的石墨烯和其他相关的二维材料开辟了新策略，这些材料在基础研究和应用于各种纳米流体装置，例如用于生物传感、离子传输和水过滤装置。

◾ 文献信息

Sukhyun Hong, Minsuk Park, Soonhyung Kwon, Jehyun Oh, Sungmin Bong, Balu Krishnakumar, Sang-Yong Ju* 

Formation of graphene nanostructures using laser induced vaporization of entrapped water 

Carbon

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.06.071