石墨烯具有独特的机械、电子和光学特性，这使得它在一系列应用中备受关注。这些性质可以通过控制石墨烯的结构及其与表面的相互作用来调节。自组装单层(SAMs)可以定制石墨烯-表面相互作用；然而，在空间上控制这些相互作用仍然是一个挑战。在这里，我们将胶体光刻与不同的SAM化学混合，以创建基于石墨烯与衬底的化学相互作用来修改石墨烯属性的图案化架构，并研究这些相互作用是如何在空间上排列的。使用原子力显微镜、拉曼和红外光谱、散射型扫描近场光学显微镜和X光光电子能谱对图案化系统及其产生的结构、纳米力学和光学特性进行了表征。
 
  
图 1. 模板自组装、化学气相沉积(CVD)石墨烯制备以及随后转移到图案化SAM基板的示意图。
 
 
图 2. 用PFPA分子回填孔隙以及随后与石墨烯反应的示意图。  (A)在将CVD石墨烯转移到图案化SAM上之前，OTS单层中的空孔用 PFPA 分子回填。 然后将石墨烯-SAM结构在140℃下加热40分钟，以驱动PFPA分子的叠氮化物基团与石墨烯晶格中的两个相邻碳原子之间的反应。  (B) PFPA叠氮化物基团与石墨烯的反应机理。
 
 
图 3. AFM形貌和摩擦图像以及使用三种不同模板球直径的OTS单层孔的横截面。
使用 (A) 1.8μm 球体、(B) 0.5μm 球体和 (C) 0.2μm球体作为模板的具有相应空孔横截面的形貌和摩擦图像。 对于所有图像，横截面位置由白色虚线表示，孔在横截面中由粉红色框表示。 比例尺为 (A) 2、(B) 0.5 和 (C) 0.5μm。
 
 
图 4. 使用1.8 (A-C)、0.5 (D-F) 和0.2μm (G-I)球体模板创建的石墨烯转移到孔隙上的 AFM 形貌和摩擦图像，其中显示了形貌和摩擦力 具有相应横截面的空孔（左列）和C10填充（中心列）和 PFPA 填充孔（右列）的图像。 对于所有图像，横截面位置由白色虚线表示，其中孔隙位置以粉红色突出显示。 比例尺为2μm (A-C)、200 nm (D-F) 和100 nm (G-I)。
 
 
图 5. 石墨烯与 0.2μm PFPA填充孔反应的AFM形貌(A)和摩擦(B)图像以及相应的横截面 (C)。 对于这两个图像，横截面位置由白色虚线表示，比例尺为 0.1μm。
 
  
图 6. 加热前后各种1.8 μm孔样品上石墨烯的代表性拉曼光谱。  (A) 1.8 μm空孔，(B) 1.8 μm C10填充孔，(C) 1.8 μm PFPA填充孔。对于所有光谱，2D (∼2670 cm⁻¹) 和 G (∼1583 cm⁻¹) 峰位置以黑色标记，2D/G峰强度比以蓝色标记，位移 (Δ) 的比率2D/G峰值位置标记为红色。 使用 Lee 等人研究中的固有峰位置（G：1581.6 cm-1 和 2D：2676.9 cm-1）计算峰位移。其中大 (>2.00) 2D/G峰位移比表明峰位置的位移由应变主导。当峰值位置的偏移由应变主导时，G 峰值偏移的方向（在每个光谱中的括号中）表示应变的类型。升档 (Δ: +) 表示压缩应变，而降档 (Δ: -) 表示拉伸应变。
 
 
图 7. 在 140℃加热前后，空孔 (A)、C10孔 (B) 和PFPA孔 (C)在较大孔系统（1.8μm微球模板）上的石墨烯拉曼图谱。 比例尺为2μm。
 
  
图 8.  (A)在 140℃下加热40分钟后，超过0.5μm 模板化的空孔（左）和填充PFPA（右）孔的石墨烯代表性区域的AFM攻丝模式形貌图像。 （B）在 140℃下加热40分钟后，石墨烯在 0.5μm模板化的空孔（左）和PFPA填充（右）孔的代表性区域的相应归一化NF振幅图像（使用 10.5μm CO₂ 激光源）。相应的 NF幅度图像被归一化为每个图像中裸 OTS 的幅度信号。 所有比例尺均为 0.2 μm。 孔隙位置在地形图像中用白色虚线圆圈表示。
  
        相关科研成果由德克萨斯农工大学Maelani Negrito和Meagan B.Elinski等人于2021发表在Langmuir（https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c01136）上。原文：Using Patterned Self-Assembled Monolayers to Tune Graphene–Substrate Interactions。

转自《石墨烯杂志》公众号