压力和氮气诱导的双层化学气相沉积石墨烯相变

《Advanced Materials Technologies》：Pressure and Nitrogen Induced Phase Transition in Bilayer CVD Graphene

氮掺杂双层CVD石墨烯在室温下受压发生sp2-sp3相变，纳米压痕证实双层结构使刚度近乎翻倍，分子动力学模拟显示氮促进sp3键形成及层间共价键，为轻质防护涂层提供 scalable 制备方案

　　

摘要

像石墨烯这样的二维材料中的压力激活相变为开发具有优异机械性能的材料开辟了新的可能性。先前的研究表明，压力诱导的从sp2到sp3的相变仅发生在SiC上的外延石墨烯中。不幸的是，这种系统在工业应用方面存在局限性。另一方面，通过化学气相沉积（CVD）合成的石墨烯具有成本效益、可扩展性，并且可以转移到不同的基底上。然而，在剥离的石墨烯中不存在压力诱导的从sp2到sp3的相变。本文证明了氮掺杂可以在室温下使SiO?上的双层CVD石墨烯薄膜发生从石墨烯到金刚石的相变。通过调制纳米压痕（MoNI）测量薄膜的硬度随层数的变化，验证了从sp2到sp3的相变。具体来说，覆盖有氮掺杂双层CVD石墨烯薄膜的SiO?基底的压痕硬度几乎比裸露的SiO?基底增加了一倍；相比之下，氮掺杂的单层和多层石墨烯薄膜并没有提高SiO?基底的硬度。分子动力学模拟表明，在压缩作用下，氮有助于形成sp3配位的碳原子以及两层石墨烯之间的共价键。氮掺杂成为利用可扩展的大尺寸CVD双层石墨烯薄膜制备轻质防护涂层的有效方法。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。