正如Arthur C. Clarke所言，任何流暢的功能化技術(shù)都會(huì)有一個(gè)奇妙的外觀（"Any smoothly functioning technology will have the appearance of magic"）。無(wú)論小至原子、單分子，還是大到復(fù)雜的結(jié)構(gòu)單元，自組裝衍生出的更高一級(jí)結(jié)構(gòu)總能給我們帶來(lái)很大的驚喜。自組裝的簡(jiǎn)便性和高效性更是使得其成為將材料結(jié)構(gòu)單元有序化排列的不二法門(mén)。石墨烯作為首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的二維原子晶體，它一直以其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)驚艷著業(yè)界，尤其是其在電學(xué)、光電器件領(lǐng)域中的應(yīng)用更是讓我們尤為期待。故而高質(zhì)量的二維晶體的自組裝勢(shì)必將引發(fā)新一輪的研究浪潮，這對(duì)于集成器件或的發(fā)展將極具吸引力。
武漢大學(xué)付磊教授的先進(jìn)納米材料實(shí)驗(yàn)室（LAN）率先在這一領(lǐng)域取得了突破。他們基于化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，以石墨烯為例，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量單晶的自組裝，首次獲得了二維材料的超有序結(jié)構(gòu)。他們獨(dú)到地選擇了液態(tài)金屬這一特殊物態(tài)的基底，相較于傳統(tǒng)的固態(tài)基底，液態(tài)金屬的高催化活性和自限制生長(zhǎng)模式保證了高質(zhì)量均勻石墨烯單晶的生長(zhǎng)，其表面的流動(dòng)性更是為石墨烯單晶提供了一個(gè)自組裝的平臺(tái)。他們采用預(yù)播種和氣流擾動(dòng)策略，實(shí)現(xiàn)了石墨烯單晶在液態(tài)基底表面的超有序自組裝。整個(gè)石墨烯超有序結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出非常優(yōu)異的周期性，每個(gè)石墨烯結(jié)構(gòu)單元尺寸和間距均一。值得注意的是，超有序結(jié)構(gòu)中的石墨烯單晶的取向也是高度一致，這得益于石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的各項(xiàng)異性的靜電力。更有趣的是，通過(guò)改變擾動(dòng)氣流的大小，石墨烯超有序結(jié)構(gòu)的周期性可以被精確調(diào)控，通過(guò)固態(tài)碳源的設(shè)計(jì)，石墨烯單元的化學(xué)性質(zhì)可以被廣泛調(diào)節(jié)，從而滿足未來(lái)不同的應(yīng)用需求。可以預(yù)期，如若能將此種方法拓展至其它二維材料，必將開(kāi)辟一個(gè)高質(zhì)量二維原子晶體材料在二維尺度上自組裝的新世界，這將為二維材料在未來(lái)集成器件中的工業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)極大的突破。這一研究成果發(fā)表于《J. Am. Chem. Soc.》上。
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b03208
原文：Self-Assembly of Graphene Single Crystals with Uniform Size and Orientation: The First 2D Super-Ordered Structure
J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 7812-7815, DOI: 10.1021/jacs.6b03208