纳米多孔石墨烯在纳米电子学和膜分离领域的应用越来越多，因此对石墨烯进行有序精准穿孔操作要求更加严格。石墨烯的可缩放性和时间/成本效益是现有纳米穿孔方法（例如催化蚀刻和光刻）面临的重大挑战。本文报道了通过氧化蚀刻应变引导石墨烯穿孔，其中纳米孔选择性地在由底部预制图案化的纳米突起引起的凸起处成核。利用反应分子动力学和理论模型，通过凸起诱导应变和增强蚀刻反应活性之间的关系揭示了穿孔机制。在SiO₂ NPs/SiO₂衬底上对石墨烯进行化学气相沉积(CVD)的平行实验，通过暴露于不同时间的氧等离子体，验证了应变导向穿孔和孔径演化的可行性。这种可扩展的方法可以应用于各种2D材料（如，石墨烯和h-氮化硼）和纳米突起（如，SiO₂和C₆₀纳米颗粒），从而合理地制造基于2D材料的器件。



Figure 1 通过底层预浸渍NPs对2D材料进行应变引导穿孔示意图。


Figure 2 r-MD模拟演示。a)附着于NPs阵列修饰的衬底上的石墨烯应变分布，其直径为1nm，周期为5nm，b)蚀刻石墨烯形态演化随模拟时间的变化，c)石墨烯和h-BN模拟时间对生成孔隙面积的影响。



Figure 3机制澄清。a)空间连续分布的相对穿孔概率通过SBA模型2×2 NPs数组，ρ₀是非应变区域的参考概率，b) SFN模型对穿孔概率的空间离散分布，其中单个NP被具有周期性边界条件的石墨烯覆盖。



Figure 4 石墨烯暴露于氧等离子体之前后的形态学表征。a)粘附在SiO₂ NPs/SiO₂衬底上的CVD石墨烯的SEM图，蓝色箭头表示圆顶状的形态，b)脱层区域与NP顶点粘连区域的石墨烯凸起的放大SEM图，c)石墨烯凸起的二维AFM图像，d)石墨烯与SiO₂ NPs/SiO₂衬底粘结前后的原始拉曼光谱，e)石墨烯与NPs(红色箭头)暴露于等离子体氧气6 s后的SEM图，f)去除NPs后成核孔隙的放大SEM图，g)三维AFM图像，h)具有良好结构的所造孔隙的高度剖面。


Figure 5 暴露时间对孔隙生长的影响。a-d)生成孔隙的随时间演化的SEM图：0 s时无孔隙，1.5 s时≈15 nm, 3 s时≈40 nm, 4.5 s时≈60 nm。e)石墨烯随着氧等离子体暴露时间增加的拉曼光谱，f)不同曝光时间蚀刻石墨烯的I_D/I_G与I_2D/I_G比值，g)未暴露的NPs与总采样NPs的数量比随暴露时间变化的统计汇总。
        相关研究成果于2019年由美国哥伦比亚大学Xi Chen课题组，发表在Small（ https://doi.org/10.1002/smll.201903213）上。原文：Strain-Guided Oxidative Nanoperforation on Graphene