В данной работе исследователи продемонстрировали возможность получения сплошных тонких прозрачных пленок восстановленного оксида графена (rGO – reduced Graphene Oxide) значительных размеров. Ученые разработали процесс химического взаимодействия отдельных микролистов оксида графена на кремниевой подложке с оксидным слоем, который включает предварительный нагрев и последующее восстановление в гидротермальных условиях.
На основе результатов термического анализа, рентгеновской дифракции in situ и данных, полученных с помощью рамановской спектроскопии, была предложена модель химического взаимодействия функциональных групп оксида графена в процессе первичной термической и последующей гидротермальной обработки. Полученные тонкие пленки были перенесены на измерительные структуры, и исследователи оценили их проводящие свойства как в планарной, так и в вертикальной геометриях.

Оксид графена (GO), полученный путем окисления и расслоения графита на отдельные листы, обладает огромным потенциалом для химической модификации. Его уникальные химические и физические свойства открывают возможности для создания новых энергоэффективных электронных и оптоэлектронных устройств, таких как мемристоры и фотомемристоры. Однако высокая реакционная способность оксида графена, вызванная разнообразием кислородных групп, приводит к быстрой деградации и нестабильности материала.
Для уменьшения числа кислородных групп и восстановления углеродной решетки могут использоваться различные методы восстановления GO. Гидротермальная обработка, в частности, позволяет контролировать процесс и модифицировать оксид графена, заменяя кислородные группы на другие, например, азотные или фторидные. Ранее предпринимались попытки получения сплошных пленок путем восстановления оксида графена в растворе, но это обычно приводило к образованию трехмерных губчатых структур из сшитых микролистов.
Традиционный метод получения слоев оксида графена на подложке включает нанесение раствора на поверхность, однако в этом случае перенос таких пленок на измерительные структуры возможен только с использованием адгезионных материалов. Целью данной работы было получение тонких пленок из восстановленного оксида графена с размерами до сантиметра, демонстрация возможности их переноса на произвольную подложку и описание процесса химической сшивки отдельных микролистов GO в сплошную тонкую пленку.

Работа выполнена при участии Евгения Кабачкова из лаборатории инженерии материалов для твердотельных устройств ФИЦ ПХФ и МХ РАН, а также ученых из других центров исследований:
• Кафедра наук о материалах Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Москва, Российская Федерация
• Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук, Черноголовка, Российская Федерация
• Институт физики твердого тела им. В. О. Осипьяна РАН, Черноголовка, Российская Федерация
• Химический факультет, Московский государственный университет, Москва, Российская Федерация

Nikita D. Mitiushev, Igor I. Khodos, Eugene N. Kabachkov, Tatiana B. Shatalova, Gennady N. Panin, Andrei N. Baranov // Chemical stitching of a reduced and fluorine decorated graphene oxide quilt // Materials Letters Volume 372, 1 October 2024, 136989 Q-2, IF=2.7

https://doi.org/10.1016/j.matlet.2024.136989