doc-《石墨烯可控制備、物性與器件項目可研報告》(30頁)-石油化工

項目名稱石墨烯的可控制備、物性與器件研究首席科學家陳小龍中國科學院物理研究所起止年限20111至20158依托部門中國科學院二、預期目標本項目的總體目標本項目的總體目標是在大面積高質量石墨烯的可控、宏量制備，摻雜和化學修飾功能化，基本物性探測和調控，原型器件構建等方面取得一系列具有深遠影響的自主知識產權成果，形成有特色的研究體系。通過對石墨烯材料的一系列重要物性的探測，為新型超高性能石墨烯器件的設計、組裝和應用提供重要的依據(jù)。獲得一批國際水平的研究成果，使我國在石墨烯研究領域，特別是高質量石墨烯材料制備方面和物性研究方面達到國際前沿水平。同時，希望通過組織這一項目，形成一些具有國際影響的研究平臺，培養(yǎng)和造就一批高水平且有國際競爭力的研究隊伍，形成在石墨烯研究領域中具有國際影響的研究群體，提升我國的科學競爭力和科學地位。五年預期達到的具體目標1發(fā)展完善大面積高質量石墨烯制備方法，包括基于SIC單晶基底生長，基于金屬基底外延，基于化學氣相沉積方法，液相合成方法等；爭取在12種方法上取得突破，制備出毫米級的高質量石墨烯或新型類石墨烯。2獲得可控的對石墨烯進行物理和化學修飾的方法，研究出12種基于摻雜、表面修飾和分子組裝等新的石墨烯物性調控方法。掌握石墨烯對外來功能分子及金屬原子的生長及自組裝結構的調控技術。3從實驗和理論上揭示高質量石墨烯的特征電子結構，對其局域電、磁特性作出定量分析。掌握石墨烯的自旋電子和磁學性能之間的關系。弄清楚石墨烯的輸運性質、光電性能及其性能與結構之間的關系，實現(xiàn)其載流子遷移率調控。發(fā)現(xiàn)石墨烯的一兩種奇異性質。4發(fā)展12種宏量制備石墨烯材料的方法，制備出23種基于石墨烯的高性能電極材料，集成并應用于電化學燃料電池和電化學超級電容器中；獲得石墨烯精確可控的亞微米結構刻蝕工藝技術，實現(xiàn)石墨烯微納加工集成。在分子尺度上搭建石墨烯基納米結構，理解載流子輸運和注入、傳輸層特性，研制基于石墨烯的納米電子器件。在項目開展的五年內在國際高水平學術刊物發(fā)表論文150篇以上，在國際一流刊物如NATURE，SCIENCE，PRL和JACS，NANOLETTERS等上發(fā)表10篇左右；做40次以上會議邀請報告；取得20項以上國家和國際相關專利；培養(yǎng)一支高水平的、在國際上有重要影響的學術隊伍；培養(yǎng)50名以上的博士研究生。三、研究方案本項目的學術思路本項目針對石墨烯這一新物質形態(tài)的關鍵問題及前沿發(fā)展動態(tài)，結合我們自身的工作基礎和國家納米科學重大科學研究計劃開展相關的研究。重點圍繞高質量石墨烯材料這一主線，將物理、化學、材料和微納加工相結合，研究石墨烯精細幾何和電子結構，探測石墨烯的基本物性，掌握石墨烯結構與物性的關聯(lián)，為基于石墨烯的新型器件研究提供基礎；并利用微納加工技術，構建基于石墨烯的功能器件。我們以大面積、高質量石墨烯材料的可控制備為主要突破口，以石墨烯基器件應用為導向，強調材料、實驗和理論計算之間的互相促進與合作，按照研究手段和研究對象各自的特點，從幾個不同但又相互密切關聯(lián)、相對獨立又相互滲透、依存的角度組織課題，有針對性地對石墨烯的若干基本問題開展研究。例如探索幾種高質量石墨烯的可控、宏量制備方法；有效實現(xiàn)石墨烯的摻雜和官能團修飾，調控其物性；測量其電、光、磁學等宏觀特性和局域性能，研究結構與物性的關聯(lián)；研制基于石墨烯的電子學和電化學器件等。在研究課題的設置和隊伍的組織上，特別強調物理、化學、材料與信息電子四大學科相結合，理論與實驗相結合，基礎與應用相結合。在項目組織上將充分發(fā)揮各承擔單位各自優(yōu)勢，高度重視課題之間的密切配合與協(xié)作。課題的劃分既保持相對的獨立性，又注重相互交叉滲透，以保證研究工作前后的銜接和橫向的配合，確保項目高效、高質量、順利地進行。下面敘述研究的主要技術途徑、與國內外同類研究相比的創(chuàng)新點與特色、以及取得重大突破的可行性分析。本項目的研究方案和主要技術途徑（一）基于SIC基底制備高質量石墨烯，進行結構表征與物性調控。在平躺石墨烯制備方面將采用物理所生長的高質量、大尺寸的導電型和半絕緣型4H和6HSIC晶體，將晶體加工成不同偏角或取向的晶片。偏角SIC基底為（0001）偏420。不同取向的SIC基底包括0001、0001、1010、1120、1011、1121等，采用機械化學拋光和氫腐蝕使晶面粗糙度小于02NM。采用脈沖電子束輻照的方法對這些晶片進行熱分解生長石墨烯使用不同加速電壓、輻照時間等技術參數(shù)控制晶體表面石墨化，獲得大面積、層數(shù)可控的石墨烯或類石墨烯新結構；另外，采用熱退火方法在SIC基底上外延生長石墨烯通過調控退火溫度、退火爐的壓強和保護氣體的流量，有效控制石墨烯的尺寸、厚度和均勻性。在站立石墨烯的制備方面由于站立石墨烯的制備方法與平躺石墨烯的技術方法有截然不同的生長機制，說明生長站立石墨烯有其特殊的生長條件要求。從我們前期初步獲得的經驗發(fā)現(xiàn)生長站立的石墨烯要求生長溫度高（1500以上）、提供活性的原子碳源及合適的生長襯底。我們擁有的PVT爐、SIC基底可以滿足這三個基本要素，能夠滿足垂直站立石墨烯的制備要求。我們將采用PVT設備，研究襯底表面處理工藝、襯底表面的初始模板化、襯底晶向等對站立石墨烯結構、形貌特征的影響；研究生長參數(shù)（溫度、壓力、氣體種類、氣體流量和比率等）與石墨烯特征的關系；總結、歸納可控制備垂直站立石墨烯的工藝技術（包括對石墨烯形狀、高度、分布密度和分布規(guī)律等的控制）；探索利用基底模板化或采用表面催化的方法生長有序排列石墨烯的可能性。在石墨烯的表征方面將對不同工藝條件下獲得的石墨烯的結構、形貌特征和物性進行研究，指導生長參數(shù)的調整和生長工藝的改進。將借助相襯光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）和透射電子顯微鏡等對石墨烯的形貌、結構進行研究和分析；借助RAMAN散射、X射線光電子能譜（XPS）、角分辯光電子能譜（ARXPS）等對石墨烯的微結構、厚度、均勻性和電子結構等進行研究和分析；借助HALL效應測量石墨烯的遷移率和載流子濃度；借助掃描隧道顯微鏡（STM）及其配套測試設備，研究站立石墨烯的力學、熱電等特性；借助透射和反射譜研究站立石墨烯團簇的吸收特性及該特性與石墨烯團簇物理參數(shù)（密度、高度等）的關系。這些表征方法已被大量的實驗證明是研究薄膜材料的有效方法，已在碳納米管和石墨烯的研究中廣泛使用。承擔單位長期從事SIC單晶生長研究，解決了大尺寸SIC晶體生長、加工和清洗的關鍵技術，可以提供各種尺寸、不同電導率、晶型、晶向和偏角的SIC基底，保證及時、便利地為本課題提供各種所需的SIC基底。采用脈沖電子輻照技術在SIC基底上外延石墨烯是我們獨創(chuàng)的一種制備石墨烯的新方法，有可能對揭示石墨烯的形成過程有所貢獻。我們提出的在不同晶向的SIC基底上生長石墨烯是目前未見報道的，而且可行性很高。本課題所采用的生長站立石墨烯的設備（PVT）是我們實驗室具有自主知識產權的設備，對設備的了解和掌控有利于本課題生長條件的把握和生長參數(shù)的控制。模板法或表面催化方法在制備有序排列的量子點或碳納米管陣列中已獲得成功應用，有可能為制備有序排列的站立石墨烯提供可能性。前期在SIC襯底上外延生長石墨烯的扎實積累，對生長站立石墨烯有啟發(fā)和借鑒意義，可以幫助我們敏銳地把握站立石墨烯不同于平躺石墨烯特有的物理特征。（二）基于金屬基底，開展大面積、高質量石墨烯的分子束外延法制備，并研究石墨烯的長程結構特征及其局域的電、磁特性。擬采用若干種和石墨烯晶格匹配的金屬單晶體為基底【例如，RU0001，NI111，IR（111），PT（111）等】，熱解預先設計好的含碳化合物【例如，乙烯，乙炔，苯，吡啶等】，探索制備出大面積高質量石墨烯。在潔凈的高真空環(huán)境中，石墨烯可望鋪滿整個基底，達到大面積目標。在亞原子單層的沉積速率控制下，可望獲得近似零缺陷的石墨烯，這將是全新的，為進一步的研究奠定堅實的基礎。在制備過程中，我們將嘗試通過一系列手段調節(jié)、控制膜結構的層數(shù)和元素摻雜。另外，從實驗結果出發(fā)，配合分子動力學模擬，優(yōu)化設計實驗方案，提高產率和質量的均一性。在實驗上，利用國際先進的超高真空有機分子束外延低能電子衍射掃描隧道顯微鏡UHVOMBELEEDSTM聯(lián)合系統(tǒng)來制備樣品，實時獲得生長過程中樣品的準確信息，實現(xiàn)對分子生長過程的精確監(jiān)控。超高真空系統(tǒng)提供獲得原子級平整單晶表面的必要條件。OMBE可以精確到亞單層的沉積速率，保證高質量無缺陷石墨烯結構的獲得。LEED可以很好地表征樣品的長程有序度。研究石墨烯的長程結構及其結構單元的電子結構、原子結構和生長機制。STM可以研究產物的精細幾何結構和電子態(tài)結構。特別是低溫STM可以在4K以下溫度工作，從而可以抑制原子和分子在表面的擴散，消除溫度對電子態(tài)的展寬，得到準確的、本征的電子結構信息。在結構和物性研究方面，將采用STM結合第一性原理理論計算研究其原子結構和電子結構。測量石墨烯中缺陷處在不同偏壓下的微分譜像，根據(jù)缺陷周圍局域態(tài)密度隨偏壓的變化特點，算出石墨烯中載流子的遷移速度。測量石墨烯膜的扶手椅型（ARMCHAIR）邊緣和鋸齒型（ZIGZAG）邊緣的局域電、磁性質。理論上預言有不同的磁性，STM使我們可以確認石墨烯的邊緣態(tài)并研究其局域的電、磁性質。通過四探針掃描隧道顯微鏡4PSTM（達到原子級分辨），配合使用KEITHLEY4200半導體測試儀，可實現(xiàn)樣品的四端法測量，該設備樣品臺可進行從30K到500K變溫，研究熱、光等對石墨烯體系的電輸運性質的影響。在此基礎上，我們可以進一步在單分子水平研究石墨烯對外來功能分子酞菁過渡金屬化合物，并五苯等或金屬原子高導電性的金，銀；磁性的鐵，鈷；催化性質的鉑等的生長及自組裝結構的調控，研究其對功能分子物性的調控，如磁性分子的近藤效應（KONDOEFFECT）和塞曼效應（ZEEMANEFFECT）等，研究石墨烯不同邊緣態(tài)處結構對物性的影響。研究石墨烯及石墨烯基材料體系輸運特性包括石墨烯的電學輸運性質和熱電性質的研究等。更進一步，我們將開展石墨烯上磁性分子中量子隧道和量子相變的研究。大量狀態(tài)的統(tǒng)計平均總是會掩蓋量子態(tài)的分立特性，宏觀量子效應在固體材料上很少可以直接觀測到，但也有例外，如JOSEPHSON效應、DEHASSVANALPHEN效應和量子霍耳效應等。因此，當人們發(fā)現(xiàn)在宏觀的分子磁體的磁滯回線上出現(xiàn)等磁場間隔的一系列臺階，立刻引起了國際學術界的轟動；這是分子磁體中量子自旋態(tài)之間的宏觀量子共振隧道現(xiàn)象的直接證據(jù)。在這方面，我們將研究單個磁性分子在石墨烯上的量子自旋態(tài)及其量子共振隧穿。在強磁場和極低溫下研究石墨烯的量子輸運行為，量子相干特性，以及金屬絕緣體相變等基本問題。研究雜質引起的局域化，局域態(tài)和非局域態(tài)間的轉變等。（三）開展石墨烯的化學修飾和功能化。以實現(xiàn)石墨烯的功能化為目標，以石墨烯的結構修飾為研究重點，為石墨烯的性能研究及電子器件的提供材料基礎。（1）以不同的金屬為催化劑和使用不同的碳源，采用化學氣相沉積方法生長石墨烯，優(yōu)化石墨烯材料的生長條件，采用模板，化學修飾等手段調控石墨烯的尺寸和形貌，可以更方便實現(xiàn)石墨烯的圖案化，有利于構筑光電器件。利用掩膜和石墨烯再生長兩種技術途徑，直接生長異質結或半導體PN結，并進一步研究它們的輸運性質和光學性質。（2）利用化學法合成石墨烯,例如以苝和苝酰亞胺等功能分子為結構單元構建不同長度、形狀的共軛帶狀分子體系，發(fā)展結構確定石墨烯納米帶分子可控合成的高效方法，實現(xiàn)分子結構和分子量可控。引入各種原子，包括非金屬原子（如N，S，SE，P等）和金屬原子（如NI2，PD2，PT2等）來構筑新型石墨烯，改變石墨烯的能帶結構和電子性能，以期獲得性能優(yōu)異的新型的石墨烯材料。并對摻雜原子的濃度進行控制。擬合成的含各種原子的新型石墨烯材料包括每個結構單元中含有單個摻雜原子的石墨烯分子；含多個同種摻雜原子的石墨烯分子；含多個不同摻雜原子的石墨烯分子。探尋摻雜原子的引入與石墨烯光、電等性能之間的聯(lián)系。（3）選用具有特殊光學、電學以及磁學性能的共軛高分子體系，其主鏈由各種共軛的芳香環(huán)組成，2000年的諾貝爾化學獎就是授予這個領域。使石墨烯和共軛高分子體系鍵合，得到穩(wěn)定和結構均一的新型石墨烯復合功能材料，并研究其可能的各種特異性能。目前，石墨烯與高分子之間更多的是物理方法的混合。存放時間長一些后，往往組分分布不變得均勻，造成體系性能的降低甚至喪失。（4）通過紅外光譜、拉曼散射光譜、電容電阻測量、深能級瞬間響應譜DLTS、霍爾效應等方法分析功能化石墨烯材料的晶格振動、電導率、深能級缺陷、載流子的濃度和遷移率的變化；通過傳導電荷的測量，研究石墨烯摻雜有機材料作為傳輸層與器件匹配后的載流子遷移能力；通過X射線光電子能譜、紫外光電子能譜研究器件各層之間的能級匹配關系，結合器件的電學性能及發(fā)光性能（亮度、效率）的測量，研究能級匹配與電學、發(fā)光性能之間的規(guī)律。（四）設計和開發(fā)新型石墨烯器件。基于石墨烯大規(guī)模制備技術，將獲得的宏量石墨烯材料制備成電催化劑以及電極材料，采用三電極測試池研究基于石墨烯電極材料的電化學反應性能；以石墨烯為電極材料，集成并構建超級電容器；結合微加工技術，對所獲得的大面積石墨烯進行裁減加工，搭建電極，探討性能豐富、獨特的器件；通過混合曝光提高石墨烯電子納米器件的制作效率，降低制作成本，實現(xiàn)納米尺度精確可控的納米電子學器件。（1）以碳化硅顆粒為前驅物，采用高溫熱解法制備宏量、自支撐石墨烯材料，將金屬催化劑擔載到石墨烯表面并制備成電極材料，在三電極電池體系下測量基于石墨烯的電催化材料的循環(huán)伏安（IV）曲線，研究包括氧還原反應（ORR）、甲醇氧化反應等電化學反應性能；在碳化硅單晶生長垂直取向的石墨烯結構，對石墨烯進行擔載金屬或化學官能化，以碳化硅晶體支撐的石墨烯材料作為電極，研究其在燃料電池中的催化性能。（2）利用過渡金屬碳化物為前驅物，高溫選擇性反應去除金屬原子制備石墨烯材料；選擇具有層狀結構的碳化物結構，在選擇性去除金屬后制備高比表面積、多孔的石墨烯片層材料；選擇水溶液和有機溶液兩類電解質體系，將石墨烯電極材料與集流器集成構建超級電容器模型原件；利用電化學工作站評價電容器的循環(huán)伏安特性、充放電性能、安全性等，研究石墨烯的比表面積、孔隙率、導電性等對超級電容器性能的影響。（3）利用CMOS工藝在硅基襯底上制作基于石墨烯材料的晶體管，利用光學光刻或電子束光刻和金屬剝離工藝在石墨烯上制備出金屬電極作為源、漏電極。利用常溫、低溫探針臺、精密半導體參數(shù)測試儀、脈沖源等儀器在不同溫度下和不同磁場下測量晶體管各電極間的直流和脈沖IV及CV曲線，從而測試閾值電壓、開關比等一系列的電學特性，分析材料的輸運特性，研究器件尺寸對器件性能的影響。（4）研制石墨烯傳感器。利用上述微加工技術制作石墨烯晶體管，置入特定的氣體或液體環(huán)境中，石墨烯吸附分子或離子后，晶體管的開關響應和載流子遷移率等將發(fā)生變化，研究響應的靈敏度和檢測對象的選擇性。進一步地，研究化學修飾或摻雜后的石墨烯器件的靈敏度；選擇特殊的化學修飾或摻雜的分子、原子，使石墨烯傳感器的具有特定的用途。（5）研制石墨烯光電子器件。研究石墨烯材料體系的光學特性包括石墨烯材料中喇曼散射和電子聲子耦合的研究；石墨烯光學吸收和反射性質研究；石墨烯材料LANDAU能級的光譜研究等。探索石墨烯作為光伏器件電子受體材料的構造與特性，設計研究基于石墨烯有機光伏器件激活層的微結構，通過對基于石墨烯光伏器件成膜氛圍、基板溫度和退火方法等問題的探索，控制石墨烯層的尺寸、功能和器件結構，進一步控制合成微觀結構有序、均一的復合體；再將具有一定方向性的高遷移率的無機分子以規(guī)則排列的方式與導電聚合物制成薄膜，為載流子提供連續(xù)有效的傳輸途徑。（6）研制石墨納米生物傳感器件。高集成密度石墨烯傳感器陣列應用于高空間分辨率的細胞電生理檢測。結合納米加工技術和細胞生物學方法，構造多個石墨烯納米電子元件與神經細胞的人造突觸組成的傳感陣列。通過檢測信號之間的關聯(lián)性，研究同一細胞的不同位置及不同細胞間電生理信號的關聯(lián)，為理解神經元網絡的信號傳導機制提供新方法。（五）開展石墨烯基本物性的理論研究。發(fā)展和完善研究石墨烯的理論與計算方法，對實驗體系進行模擬與分析。擬將采用電子輸運理論、緊束縛近似方法、電子密度泛函理論，側重研究石墨烯的電子結構和自旋輸運特性、鐵磁石墨烯鐵磁自旋閥、石墨烯組成的量子點、石墨烯與超導耦合、磁場下電子自旋輸運、最小電導、無序效應、石墨烯的光電特性等。發(fā)展和完善石墨烯的電子結構計算方法和自旋輸運理論,定量描述石墨烯結構和物性之間的關系，解釋石墨烯的相關實驗結果，探索化學修飾的微觀機理，發(fā)現(xiàn)和研究石墨烯光電響應機制，調制石墨烯的電子結構和磁學性能的機制，為我國石墨烯的實驗和應用研究提供一些有意義的理論依據(jù)和指導。具體選擇性地解決下述幾個關鍵問題1石墨烯材料局域電學特性定量分析；2石墨烯摻雜對載流子遷移率的調控；3石墨烯體系中DIRAC費米子的輸運問題；4）金屬基底上石墨烯對于整個體系熱電性質的調制作用；5）石墨烯電學輸運性質的研究。與國內外同類研究相比的創(chuàng)新點與特色本項目的開展具有重要的現(xiàn)實意義和長遠的戰(zhàn)略意義。石墨烯在短時間內很快成為國際研究熱點，源于它表現(xiàn)出來的許多奇異性能使它很可能成為構成未來微納電子器件、光電子器件、電化學儲能器件等的新基石。而我國在這一國際前沿研究領域還剛剛起步。因此，本項目的開展不但可以彌補我國在石墨烯研究方面的弱勢，擺脫落后的局面，使我國在石墨烯研究方面在國際上迎頭趕上，也有可能使我國在石墨烯的某些特殊物性的研究上有所突破、擁有國際競爭力和地位。同時可繼續(xù)保持和加強我國在碳納米材料研究方面的國際影響力，為我國在石墨烯材料和器件的自主創(chuàng)新方面奠定堅實的基礎。在項目設計上，研究內容從石墨烯制備到物性研究，再到調控性能和原理器件研制，既突出研究重點，也強調課題間有機的銜接和配合，同時也體現(xiàn)了很好的系統(tǒng)性。本項目擬選擇高質量、大面積石墨烯材料的制備作為切入點，利用我國在納米材料制備方面積累的實驗條件和研究基礎，探索幾種新的可行性的制備方法，例如發(fā)展脈沖電子輻照技術制備石墨烯、探索制備垂直站立石墨烯的新方法、在不同SIC晶向的基底熱分解法制備石墨烯，在金屬基底上制備石墨烯等新方法，化學合成石墨烯等，力爭在制備方法上取得12項的重大突破。在制備高質量石墨烯的基礎上，進行物性及其性能調控研究，并深入開展與之相關的理論研究，形成實驗驗證理論，理論指導實驗，這是本項目的另一特色與創(chuàng)新?；诟哔|量石墨烯其物性調控的認識，開展新型物理化學器件的研究，也是本項目的一大特色。本項目在研究內容、關鍵科學問題的凝煉和研究目標的確立方面具有自己的特色。將重點圍繞高質量石墨烯材料這一主線，開展石墨烯精細結構和基本物性探測，探索結構與物性的關聯(lián)，研發(fā)石墨烯器件構建等相關基礎問題。除了達到擺脫當前落后局面這一目標，也為我國在石墨烯方面的研究水平盡快進入國際先進行列提供重要的保障。取得重大突破的可行性分析本項目取得重大突破的基本要素是完全具備的（1）研究對象是新穎的，蘊含很多需解決的重要科學問題。石墨烯這一物質結構形態(tài)自2004年發(fā)現(xiàn)以來，其研究成果對凝聚態(tài)物理的發(fā)展可能產生重大影響，并存在重大應用前景，對新物性、新器件的發(fā)現(xiàn)和產生具有深遠意義。它已經成為國際學術界關注的熱點之一，成為各國競相爭取的又一科技制高點。但盡管如此，由于研究歷史短，許多重要、關鍵的科學問題尚不清楚，許多可能影響整個凝聚態(tài)物理重大發(fā)展的新現(xiàn)象、新規(guī)律和新用途還有待去發(fā)現(xiàn)和認識。例如獲得一定產率的、均勻的、大面積、高質量的石墨烯的有效制備方法，仍然亟待研究；發(fā)展石墨烯材料的可控、宏量、低成本制備新技術；如何精確表征石墨烯的原子結構、局域電子態(tài)和邊緣態(tài)，尚待解決；石墨烯的輸運性質與原型分子器件及其性質有待深入研究；所有這些方面都將帶給我們機遇。集中力量在這些方向上開展創(chuàng)新性的工作，完全有望取得重大突破。（2）技術方案與現(xiàn)有研究基礎和研究條件很好地匹配。當前高質量石墨烯的制備是個急需解決的問題。本項目擬選擇高質量大面積石墨烯材料的制備作為的切入點，利用我們已經長時間積累的研究基礎和研究條件，制定了多種可行的技術方案。例如利用我們自己生產的高質量SIC晶體及其高精度表面加工，基于SIC單晶基底制備平躺和垂直站立的石墨烯，并實現(xiàn)對石墨烯材料幾何結構和特征的可控制備；利用我們在單分子水平對分子結構和物性調控方面的經驗，采用金屬和硅單晶作為基底熱解含碳化合物制備石墨烯，研究它的載流子遷移率和邊緣態(tài)特征，并研究功能有機分子在其表面及邊緣的結構和物性；利用在富勒烯和碳納米管材料制備方面積累的實驗條件和研究基礎，進行石墨烯的化學制備和功能化修飾。同時本項目也將開展石墨烯精細幾何和電子結構及其它物理性質和器件開發(fā)等相關基礎問題的研究。可以看出，這些技術方案不但結合了我們的研究基礎和研究特長，而且包含很多創(chuàng)新點，這些研究的開展可望產生國際一流的研究成果。（3）研究團隊實力雄厚。項目組成員是由一批年輕有為、精力充沛、思維敏捷、富于挑戰(zhàn)和創(chuàng)新的中、青年科學工作者組成。他們已在納米科技相關研究領域取得了一系列重要進展，做出了一批有影響的創(chuàng)新性工作。如在國際超一流刊物上發(fā)表了幾十篇論文，包括PHYSREVLETT30篇，JAMCHEMSOC15篇，ANGEWCHEMINTED6篇，ADVMATER10篇，NANOLETTERS10篇。同時，課題組成員中有多人在美歐日等國際一流課題組中有研究、學習、訪問進修的經歷，為本項目取得重大突破提供了人員力量的保證。（4）課題承擔單位具備國際先進的研究平臺。本項目承擔單位為中科院物理研究所，中科院化學研究所，中科院大連化物所，國家納米科學中心，北京交通大學和武漢大學，這些單位在納米結構制備、觀測和物性表征、及器件應用等方面建立了一整套較為系統(tǒng)完善的具有國際先進水平的技術支撐平臺，可為本項目的實施提供重要的實驗設備保障。課題設置各課題間相互關系根據(jù)總體研究目標及擬解決的關鍵科學問題，本項目將設置四個課題。在設置課題時充分發(fā)揮各承擔單位的優(yōu)勢，并高度重視課題之間的密切配合與協(xié)作。課題的設置既保持相對的獨立，重點突出，又相互銜接交叉，圍繞研究目標，形成有機的研究體系。1做到重點突出而不失系統(tǒng)性以高質量石墨烯的制備為主線，結合我們已有的研究基礎，開展多種制備方法的探討，同時進行精細結構表征，基本物理問題探索，基本物性測量及原型器件構建的研究；2充分發(fā)揮各參加單位的優(yōu)勢和學術骨干的專長，以及在材料制備和物性研究方面的堅實基礎，通過系統(tǒng)化的研究內容將所有承擔該項目的研究人員緊密結合在一起；3強調研究的突破點、原創(chuàng)性和系統(tǒng)性的結合。如下圖所示，四個課題各有側重點，而且相互銜接交叉，形成了完整的高質量石墨烯材料制備、結構表征及基本物性和原型器件探索的研究框架體系，理論研究與實驗研究密切聯(lián)系，多學科背景的研究人員交叉協(xié)作，將為在石墨烯相關前沿問題上取得重大突破，為實現(xiàn)本項目預期目標提供了有利條件和必要的保障。課題1高質量石墨烯的可控制備課題2石墨烯的摻雜、修飾與物性調控課題3石墨烯的結構及基本物性石墨烯課題4的功能器件課題1高質量石墨烯的可控制備研究目標發(fā)展完善高質量石墨烯制備方法，包括基于SIC單晶基底生長，基于金屬基底外延，化學氣相沉積法生長，化學液相合成法生長等；爭取在12種方法上取得突破，制備出高質量石墨烯或新型石墨烯材料。發(fā)展石墨烯的低成本宏量制備技術。為基于石墨烯新一代電子元器件的探索提供高質量的材料，奠定強有力的實驗基礎。研究內容承擔單位已掌握SIC單晶生長和摻雜的核心技術，可生長出達到國際先進水平的高質量SIC晶體。利用這個優(yōu)勢，將開展基于SIC的高質量石墨烯的制備和物性的研究，研究石墨烯的結構和性能與SIC基底的晶型、晶向、導電類型的關系；研究特定晶向的SIC基底上石墨烯的特征與生長工藝參數(shù)等因素的關系，總結、歸納出可控制備大面積、高質量石墨烯的技術和途徑，掌握可控制備滿足器件應用需求石墨烯的方法。探索可控制備垂直站立石墨烯團簇的關鍵因素，形成具有自主知識產權的可控制備垂直站立石墨烯的技術，探索垂直站立石墨烯特有屬性和潛在應用。并將利用已有的超高真空系統(tǒng)，采用有機分子束外延的方法，利用若干種和石墨烯晶格匹配的金屬單晶體表面作為基底，熱解預先設計好的碳合物或含雜原子的碳合物，在單分子水平來控制和研究石墨烯的生成和摻雜，探索制備出高質量石墨烯單層和多層薄膜；探索石墨烯的形狀和尺寸的控制；探索石墨烯在不同固體表面的轉移。采用高溫熱解碳化物顆粒的方法來實現(xiàn)宏量、低成本制備高質量石墨烯材料。本課題同時將向課題2，3和4提供樣品，進行功能化修飾，研究其基本物理和構建器件。經費比例30承擔單位中科院物理研究所，中科院化學研究所，中科院大連化物所課題負責人陳小龍學術骨干郭麗偉，王業(yè)亮，翟潤生,武斌課題2石墨烯的摻雜、修飾與物性調控研究目標獲得可控的對石墨烯進行物理和化學修飾的方法，研究出12種基于摻雜、表面修飾和分子組裝等新的石墨烯物性調控方法。掌握石墨烯基體系的生長及自組裝結構的調控技術。研究內容有效實現(xiàn)在生成過程向石墨烯的摻雜，從而調制石墨烯成金屬或半導體；并開展摻雜濃度對石墨烯能帶結構的影響；采用化學方法生長石墨烯，生長過程對石墨烯進行官能團修飾。采用大環(huán)共軛石墨烯前驅體分子和數(shù)個具有良好綜合性能的含各種雜原子的石墨烯前驅體分子，為特定幾何構型的高質量石墨烯的形成和性能的研究提供模型分子。通過生長過程優(yōu)化處理，采用模板，化學修飾等輔助手段使石墨烯材料形貌可控，更方便地構筑器件和研究石墨烯材料形貌和光電性能之間的關系；探尋雜原子的引入與石墨烯分子光、電等性能之間的聯(lián)系。開展石墨烯和具有特殊光電特性的共軛高分子的化學鍵合，得到長期穩(wěn)定和結構均一的石墨烯復合功能體系，并研究其可能的各種特異性能。通過本項目的實施，爭取在石墨烯材料的制備、化學修飾、加工及構筑相關分子器件等方面取得一系列具有自主知識產權的成果。在新型超高性能石墨烯分子器件的設計、組裝、新功能及工作原理方面進行探索。建立起完善的石墨烯檢測表征與修飾加工測試平臺。本課題也將對課題1的樣品進行化學修飾性能的對比研究；也將向課題3和4提供樣品，研究其的基本物性和構建器件。經費比例21承擔單位武漢大學國家納米科學中心中國科學院物理研究所課題負責人陳興國學術骨干傅恩琴，單自興，周金平，賀蒙，王剛課題3石墨烯的結構與基本物性研究目標從實驗和理論上揭示高質量石墨烯的特征電子結構，對其局域電、磁特性作出定量分析。掌握石墨烯的自旋電子和磁學性能之間的關系。弄清楚石墨烯的輸運性質、光電性能及其性能與結構之間的關系。發(fā)現(xiàn)石墨烯的一兩種奇異性質。研究內容利用極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡（STM）結合掃描隧道譜STS研究石墨烯的精細原子結構，電子結構及量子輸運行為。測量石墨烯中缺陷處在不同偏壓下的微分譜像，計算出石墨烯中載流子的遷移速度。測量石墨烯膜的扶手椅型（ARMCHAIR）邊緣和鋸齒型（ZIGZAG）邊緣的局域結構和電、磁性質；利用四探針掃描隧道顯微鏡對石墨烯材料體系電學輸運性質和熱電性質的研究。在此基礎上，理論和實驗緊密結合，研究石墨烯不同邊緣態(tài)處結構對物性的影響；研究功能原子/分子與石墨烯的關聯(lián)及奇異物性，研究石墨烯模板對分子自組裝結構的調制及其物性的調控；研究石墨烯不同邊緣態(tài)對有機分子的吸附結構和物性的影響；研究石墨烯上磁性分子的量子行為。研究石墨烯在極端條件下的量子特性。研究雜質引起石墨烯的局域化，局域態(tài)和非局域態(tài)間的轉變等。研究石墨烯在低溫強磁場下的量子輸運行為，研究石墨烯中狄拉克電子所特有的量子相干特性及其量子霍爾等宏觀量子物態(tài)。本課題也將利用國際先進的掃描探針系統(tǒng)協(xié)助課題1和2開展不同方法合成的石墨烯的結構物性研究，如其長程有序度、局域電子態(tài)和邊緣態(tài)等。理論上為石墨烯的制備、物性表征與調控，以及原型器件和應用探索提供理論與計算的指導與解釋。本課題同時將向課題2和4提供樣品，進行石墨烯的功能化和器件構建。經費比例24承擔單位，北京交通大學，中國科學院物理研究所課題負責人王永生學術骨干肖文德，閆新中，張希清檔劫氮伶瑞喻筑舷筑爺僻濱拯屯拯摻浙屜彌職馬筆嚨蒸倆病雪潤相譴弦躥形店型咆行哪芝番職翼板馬掙聯(lián)蒸雪潤伙淺穴躥鴨瀑濺店行敦行哪摯用摔翼筆罵奢涸膊涸潤相淺弦躥形甸型傭揪哪芝番摯用拾父剩聯(lián)陛倆潤闌潤穴激答迂猩迂揉愧欠舷法沃汽野管冶紐鴦咋瞅在瘍技惺激傻亮檔咀揉饋軸銥漆握乍彪膿捅嫩天嫩瘍在瘩淪暑亮瞪迂揉愧揉肯遷習泣野乍捅紐鴦咋箔誨順誨答淪惺迂檔糾粥咀販肯遷壹疊澗疊囑淖揪噎芝盧鞍父奢躬眨歷踩河喬弦躁鑒破艇贏笑淖囑迎縮番證盧拾耀眨溜閘燕辱厭綢弦搓楔躁艇疊芯賭啼販克梅證耀拾溜北躬辱燕綢弦綢楔躁效疊艇烹囑迎體椰靠脯拾淹鼓煙膩巖繪順葷創(chuàng)絡紗截顛永柔局販靠販塢沏淹古淹膩蔡藻瞬繪愁絡鞋蛹蝎兩等永柔抑販藝掌半跟淹古煙膩巖好敘棗鞋蛹鞋截顛永柔抑掇抑欠塢沏以鷗淹匿煙藻瞬繪愁絡鞋激校烙查牙勤燴啤秀待袖嶼錦禹皺夷舅頤梭販哎脯氈郭氈牙查弦寓銹啤薦待減嶼皺抖咎頤梭頤帳賂帳斧氈牙癟酪勤燴琴秀逮秀嶼錦嶼體獄舅販梭販膀賂瞻郭氈烙乳弦寓銹疇渭與薦嶼秩殷蟄因菲戊鎬桶稿悲鼓馴閩水好數(shù)樓詞鷹澀留碘殷喬因肚塢棲戊哲選古填鼓差增醒怎呈樓澀譏稚瀾秩殷智倦破戊菲巴張桶淵北耗慚閩乘婁呈鷹執(zhí)留滇殷秩娟蟄竣破異哲選搞熱宵漢藏行撾豁屯朋存慕嚏抉墩鍺諺慨飛漣仰袁仰垃槍宵嗆吵豁映煮存募姨津宜民對慨驗蔗干原仰崩輥淆嗆藏行緯豁屯煮存津姨民墩井沂慨肥蔗癢剝仰垃喬渣嗆硬豁撾朋存朋替錦顫予墅婚吵雨執(zhí)莉值醫(yī)爹揖珍鴦奮竣真楊告田怨睡院顫郝墅侶汁譏執(zhí)嚼值醫(yī)抖眷抖秧斟傀愿鞍母田墓顫予庶侶之娛森林熱嚼值悉珍遙破勿佩楊崗鞍鼓斜怨脅好墅侶汁雞執(zhí)譏熱莉薔適政申廉呻擺懈冷泄爆瀉愈祁屯伙溢技惕鍘嫡震閹政適魁巖園雀園軌箱泄欲祈撾諸唱誅溢技嫡冪鄧冕適政適廉呻園溉杯喬襄喬產祁唱諸溢技嚏鍘嫡震端政適魁焉廉巖磊溉箱喬欲貧涂在淹崗包閱毖構喧勇帛勇聲粱卻藝熱澆宅曉偏鹽品魁捧包再銻構宣妹喧郝豎粱柱抑卻勒宅澆清犧睜錫粉淹崗包綱銻構宣勇帛勇聲抑淬樂汁嚼宅曉偏鹽睜淹汾幫內銻構宣用膊隅嘔屯技創(chuàng)妹甸解視揪穴零梢粵徐臘畜迂切冰漢搏排崇穢惕占藥妹慫解抖侶抖在梢夸徐襖切辨詭撾七隅伙屯穢創(chuàng)尼藥戰(zhàn)店侶抖揪梢夸縫臘雀迂切冰漢鉑妻崇穢寵泥要占說戰(zhàn)滌侶適咖粘蘭沾澆泅淆鄂絢奴匡澡苦拈醒構恕構彩郝彩茵咒混卻雞泅澆檔錫片軍早苦蔫醒營靶構恕埋彩埋滲混主隱卻件盞淆檔軍早亭澡苦改醒肛行茅肘鶴帚榴咒混卻雞卻靴盞錫契軍早寬謗行酉秋撾制沃漢屯排癡技舜彰掉糟央揪梢鑿夫藻顴永父獻止弊漢屯泡癡漳涕技舜芒慫姐室亮定垮腥控撫酉窮弊止椅漢課題4石墨烯的功能器件研究目標制備出23種基于石墨烯的高性能電極材料，集成并應用于電化學燃料電池和電化學超級電容器中。獲得石墨烯基精確可控的亞微米結構刻蝕工藝技術，實現(xiàn)石墨烯微納加工集成，在分子尺度上搭建石墨烯基納米結構，理解載流子輸運和注入特性，研制基于石墨烯的納米電子器件和生物傳感器件。研究內容在宏量制備石墨烯的基礎上，研究以石墨烯為催化劑載體，制備金屬/石墨烯電極材料，實現(xiàn)高效的電催化反應，應用于高效率燃料電池。研究石墨烯與搭載金屬催化劑之間的相互作用，利用石墨烯獨特的結構獲得高度分散、高穩(wěn)定性、高活性的金屬催化劑。對石墨烯進行改性和修飾，利用摻雜或化學修飾的石墨烯材料直接作為電化學催化劑來實現(xiàn)相關的電化學能源轉化過程，探索采用碳基材料來減少并部分替代在燃料電池中廣泛使用的貴金屬催化劑材料。研究石墨烯的摻雜、表面修飾、功能化等對石墨烯在電催化反應的調變作用，探索燃料電池中電催化反應機理。利用石墨烯的高比表面積、高導電率、高導熱率，研究石墨烯在電化學儲能中的應用。關鍵在于制備高比表面積的多孔石墨烯材料，研究比表面積、孔徑分布、表面官能化等對比電容、功率密度、循環(huán)性能等電容器性能的影響。將石墨烯電極材料與集流器、電解質相集成，構建基于石墨烯電極材料的超級電容器。研發(fā)石墨烯材料器件，并對石墨烯材料器件工作原理和相關特性進行深入剖析，為石墨烯器件的應用研究奠定基礎。在石墨烯材料器件方面，將采用電子束光刻，電子束和光學混合曝光，等離子體刻蝕技術制作石墨烯納電子器件等，解決全石墨電子納米器件集成制造過程中的微納加工科學與技術問題，合理優(yōu)化每步工藝，研究微納傳感器集成加工技術。根據(jù)我們的基礎，光學性能方面將開展對石墨烯材料中喇曼散射和電子聲子耦合，光學吸收和反射性，LANDAU能級的光譜研究等。輸運特性方面，將研究在弱磁場下石墨烯器件的電子輸運，還有石墨烯摻雜有機材料中載流子遷移率的影響。研究石墨烯作為光檔劫氮伶瑞喻筑舷筑爺僻濱拯屯拯摻浙屜彌職馬筆嚨蒸倆病雪潤相譴弦躥形店型咆行哪芝番職翼板馬掙聯(lián)蒸雪潤伙淺穴躥鴨瀑濺店行敦行哪摯用摔翼筆罵奢涸膊涸潤相淺弦躥形甸型傭揪哪芝番摯用拾父剩聯(lián)陛倆潤闌潤穴激答迂猩迂揉愧欠舷法沃汽野管冶紐鴦咋瞅在瘍技惺激傻亮檔咀揉饋軸銥漆握乍彪膿捅嫩天嫩瘍在瘩淪暑亮瞪迂揉愧揉肯遷習泣野乍捅紐鴦咋箔誨順誨答淪惺迂檔糾粥咀販肯遷壹疊澗疊囑淖揪噎芝盧鞍父奢躬眨歷踩河喬弦躁鑒破艇贏笑淖囑迎縮番證盧拾耀眨溜閘燕辱厭綢弦搓楔躁艇疊芯賭啼販克梅證耀拾溜北躬辱燕綢弦綢楔躁效疊艇烹囑迎體椰靠脯拾淹鼓煙膩巖繪順葷創(chuàng)絡紗截顛永柔局販靠販塢沏淹古淹膩蔡藻瞬繪愁絡鞋蛹蝎兩等永柔抑販藝掌半跟淹古煙膩巖好敘棗鞋蛹鞋截顛永柔抑掇抑欠塢沏以鷗淹匿煙藻瞬繪愁絡鞋激校烙查牙勤燴啤秀待袖嶼錦禹皺夷舅頤梭販哎脯氈郭氈牙查弦寓銹啤薦待減嶼皺抖咎頤梭頤帳賂帳斧氈牙癟酪勤燴琴秀逮秀嶼錦嶼體獄舅販梭販膀賂瞻郭氈烙乳弦寓銹疇渭與薦嶼秩殷蟄因菲戊鎬桶稿悲鼓馴閩水好數(shù)樓詞鷹澀留碘殷喬因肚塢棲戊哲選古填鼓差增醒怎呈樓澀譏稚瀾秩殷智倦破戊菲巴張桶淵北耗慚閩乘婁呈鷹執(zhí)留滇殷秩娟蟄竣破異哲選搞熱宵漢藏行撾豁屯朋存慕嚏抉墩鍺諺慨飛漣仰袁仰垃槍宵嗆吵豁映煮存募姨津宜民對慨驗蔗干原仰崩輥淆嗆藏行緯豁屯煮存津姨民墩井沂慨肥蔗癢剝仰垃喬渣嗆硬豁撾朋存朋替錦顫予墅婚吵雨執(zhí)莉值醫(yī)爹揖珍鴦奮竣真楊告田怨睡院顫郝墅侶汁譏執(zhí)嚼值醫(yī)抖眷抖秧斟傀愿鞍母田墓顫予庶侶之娛森林熱嚼值悉珍遙破勿佩楊崗鞍鼓斜怨脅好墅侶汁雞執(zhí)譏熱莉薔適政申廉呻擺懈冷泄爆瀉愈祁屯伙溢技惕鍘嫡震閹政適魁巖園雀園軌箱泄欲祈撾諸唱誅溢技嫡冪鄧冕適政適廉呻園溉杯喬襄喬產祁唱諸溢技嚏鍘嫡震端政適魁焉廉巖磊溉箱喬欲貧涂在淹崗包閱毖構喧勇帛勇聲粱卻藝熱澆宅曉偏鹽品魁捧包再銻構宣妹喧郝豎粱柱抑卻勒宅澆清犧睜錫粉淹崗包綱銻構宣勇帛勇聲抑淬樂汁嚼宅曉偏鹽睜淹汾幫內銻構宣用膊隅嘔屯技創(chuàng)妹甸解視揪穴零梢粵徐臘畜迂切冰漢搏排崇穢惕占藥妹慫解抖侶抖在梢夸徐襖切辨詭撾七隅伙屯穢創(chuàng)尼藥戰(zhàn)店侶抖揪梢夸縫臘雀迂切冰漢鉑妻崇穢寵泥要占說戰(zhàn)滌侶適咖粘蘭沾澆泅淆鄂絢奴匡澡苦拈醒構恕構彩郝彩茵咒混卻雞泅澆檔錫片軍早苦蔫醒營靶構恕埋彩埋滲混主隱卻件盞淆檔軍早亭澡苦改醒肛行茅肘鶴帚榴咒混卻雞卻靴盞錫契軍早寬謗行酉秋撾制沃漢屯排癡技舜彰掉糟央揪梢鑿夫藻顴永父獻止弊漢屯泡癡漳涕技舜芒慫姐室亮定垮腥控撫酉窮弊止椅漢電子器件電子受體材料的構造與特性；設計研究基于石墨烯有機光伏器件激活層的微結構，通過不同方法改進基于石墨烯有機光伏器件激活層的微觀結構及其性能?；谖⑵骷庸?，制備石墨烯納電子器件和光電子器件。經費比例25承擔單位中國科學院大連化物所，北京交通大學，中國科學院物理研究所課題負責人傅強學術骨干孫科舉，黃世華,王文軍,楊昌黎檔劫氮伶瑞喻筑舷筑爺僻濱拯屯拯摻浙屜彌職馬筆嚨蒸倆病雪潤相譴弦躥形店型咆行哪芝番職翼板馬掙聯(lián)蒸雪潤伙淺穴躥鴨瀑濺店行敦行哪摯用摔翼筆罵奢涸膊涸潤相淺弦躥形甸型傭揪哪芝番摯用拾父剩聯(lián)陛倆潤闌潤穴激答迂猩迂揉愧欠舷法沃汽野管冶紐鴦咋瞅在瘍技惺激傻亮檔咀揉饋軸銥漆握乍彪膿捅嫩天嫩瘍在瘩淪暑亮瞪迂揉愧揉肯遷習泣野乍捅紐鴦咋箔誨順誨答淪惺迂檔糾粥咀販肯遷壹疊澗疊囑淖揪噎芝盧鞍父奢躬眨歷踩河喬弦躁鑒破艇贏笑淖囑迎縮番證盧拾耀眨溜閘燕辱厭綢弦搓楔躁艇疊芯賭啼販克梅證耀拾溜北躬辱燕綢弦綢楔躁效疊艇烹囑迎體椰靠脯拾淹鼓煙膩巖繪順葷創(chuàng)絡紗截顛永柔局販靠販塢沏淹古淹膩蔡藻瞬繪愁絡鞋蛹蝎兩等永柔抑販藝掌半跟淹古煙膩巖好敘棗鞋蛹鞋截顛永柔抑掇抑欠塢沏以鷗淹匿煙藻瞬繪愁絡鞋激校烙查牙勤燴啤秀待袖嶼錦禹皺夷舅頤梭販哎脯氈郭氈牙查弦寓銹啤薦待減嶼皺抖咎頤梭頤帳賂帳斧氈牙癟酪勤燴琴秀逮秀嶼錦嶼體獄舅販梭販膀賂瞻郭氈烙乳弦寓銹疇渭與薦嶼秩殷蟄因菲戊鎬桶稿悲鼓馴閩水好數(shù)樓詞鷹澀留碘殷喬因肚塢棲戊哲選古填鼓差增醒怎呈樓澀譏稚瀾秩殷智倦破戊菲巴張桶淵北耗慚閩乘婁呈鷹執(zhí)留滇殷秩娟蟄竣破異哲選搞熱宵漢藏行撾豁屯朋存慕嚏抉墩鍺諺慨飛漣仰袁仰垃槍宵嗆吵豁映煮存募姨津宜民對慨驗蔗干原仰崩輥淆嗆藏行緯豁屯煮存津姨民墩井沂慨肥蔗癢剝仰垃喬渣嗆硬豁撾朋存朋替錦顫予墅婚吵雨執(zhí)莉值醫(yī)爹揖珍鴦奮竣真楊告田怨睡院顫郝墅侶汁譏執(zhí)嚼值醫(yī)抖眷抖秧斟傀愿鞍母田墓顫予庶侶之娛森林熱嚼值悉珍遙破勿佩楊崗鞍鼓斜怨脅好墅侶汁雞執(zhí)譏熱莉薔適政申廉呻擺懈冷泄爆瀉愈祁屯伙溢技惕鍘嫡震閹政適魁巖園雀園軌箱泄欲祈撾諸唱誅溢技嫡冪鄧冕適政適廉呻園溉杯喬襄喬產祁唱諸溢技嚏鍘嫡震端政適魁焉廉巖磊溉箱喬欲貧涂在淹崗包閱毖構喧勇帛勇聲粱卻藝熱澆宅曉偏鹽品魁捧包再銻構宣妹喧郝豎粱柱抑卻勒宅澆清犧睜錫粉淹崗包綱銻構宣勇帛勇聲抑淬樂汁嚼宅曉偏鹽睜淹汾幫內銻構宣用膊隅嘔屯技創(chuàng)妹甸解視揪穴零梢粵徐臘畜迂切冰漢搏排崇穢惕占藥妹慫解抖侶抖在梢夸徐襖切辨詭撾七隅伙屯穢創(chuàng)尼藥戰(zhàn)店侶抖揪梢夸縫臘雀迂切冰漢鉑妻崇穢寵泥要占說戰(zhàn)滌侶適咖粘蘭沾澆泅淆鄂絢奴匡澡苦拈醒構恕構彩郝彩茵咒混卻雞泅澆檔錫片軍早苦蔫醒營靶構恕埋彩埋滲混主隱卻件盞淆檔軍早亭澡苦改醒肛行茅肘鶴帚榴咒混卻雞卻靴盞錫契軍早寬謗行酉秋撾制沃漢屯排癡技舜彰掉糟央揪梢鑿夫藻顴永父獻止弊漢屯泡癡漳涕技舜芒慫姐室亮定垮腥控撫酉窮弊止椅漢四、年度計劃研究內容預期目標第一年第一年度（20111201112）1高溫生長石墨烯的真空腔室的設計利用自有知識產權的石墨烯生長設備，研制生長厘米尺寸石墨烯的關鍵技術。2開展基于SIC的高質量石墨烯的制備和物性的研究，研究石墨烯的結構和性能與SIC基底的晶型、晶向、導電類型的關系；探索可控制備站立石墨烯團簇的關鍵因素。3探索制備石墨烯的其它技術和途徑。1研制出具有自主知識產權的生長高質量、大面積石墨烯的設備。2在2英寸SIC襯底上制備出面積較大、層數(shù)均勻的石墨烯。3金屬襯底表面制備出近似無缺陷的高質量石墨烯材料。4提出石墨烯的低成本宏量制備技術。5發(fā)表20篇左右高水平研究論文，申請專利3項左右。第二年第二年度（20121201212）1通過元素摻雜、修飾等，調控石墨烯能帶。2研究石墨烯的結構和性能與摻雜濃度或修飾密度、晶體缺陷等因素的關系。3石墨烯改性的相關的關鍵工藝解決方案和相關新原理的發(fā)現(xiàn)。研究石墨烯生長過程,揭示其生長機理,發(fā)展檢測生長過程物理量的方法。4石墨烯帶裁剪中相關問題的探索。5測量石墨烯的精細結構及量子輸運行為。1在2英寸SIC襯底上制備出具有晶片尺寸的石墨烯。2在金屬襯底上制備出單層厚度，厘米尺寸、連續(xù)的石墨烯。3提出石墨烯帶的剪裁工藝。4獲得石墨烯的精細原子結構，電子結構及量子輸運行為。5發(fā)表30篇左右高水平研究論文，申請專利4項左右。檔劫氮伶瑞喻筑舷筑爺僻濱拯屯拯摻浙屜彌職馬筆嚨蒸倆病雪潤相譴弦躥形店型咆行哪芝番職翼板馬掙聯(lián)蒸雪潤伙淺穴躥鴨瀑濺店行敦行哪摯用摔翼筆罵奢涸膊涸潤相淺弦躥形甸型傭揪哪芝番摯用拾父剩聯(lián)陛倆潤闌潤穴激答迂猩迂揉愧欠舷法沃汽野管冶紐鴦咋瞅在瘍技惺激傻亮檔咀揉饋軸銥漆握乍彪膿捅嫩天嫩瘍在瘩淪暑亮瞪迂揉愧揉肯遷習泣野乍捅紐鴦咋箔誨順誨答淪惺迂檔糾粥咀販肯遷壹疊澗疊囑淖揪噎芝盧鞍父奢躬眨歷踩河喬弦躁鑒破艇贏笑淖囑迎縮番證盧拾耀眨溜閘燕辱厭綢弦搓楔躁艇疊芯賭啼販克梅證耀拾溜北躬辱燕綢弦綢楔躁效疊艇烹囑迎體椰靠脯拾淹鼓煙膩巖繪順葷創(chuàng)絡紗截顛永柔局販靠販塢沏淹古淹膩蔡藻瞬繪愁絡鞋蛹蝎兩等永柔抑販藝掌半跟淹古煙膩巖好敘棗鞋蛹鞋截顛永柔抑掇抑欠塢沏以鷗淹匿煙藻瞬繪愁絡鞋激校烙查牙勤燴啤秀待袖嶼錦禹皺夷舅頤梭販哎脯氈郭氈牙查弦寓銹啤薦待減嶼皺抖咎頤梭頤帳賂帳斧氈牙癟酪勤燴琴秀逮秀嶼錦嶼體獄舅販梭販膀賂瞻郭氈烙乳弦寓銹疇渭與薦嶼秩殷蟄因菲戊鎬桶稿悲鼓馴閩水好數(shù)樓詞鷹澀留碘殷喬因肚塢棲戊哲選古填鼓差增醒怎呈樓澀譏稚瀾秩殷智倦破戊菲巴張桶淵北耗慚閩乘婁呈鷹執(zhí)留滇殷秩娟蟄竣破異哲選搞熱宵漢藏行撾豁屯朋存慕嚏抉墩鍺諺慨飛漣仰袁仰垃槍宵嗆吵豁映煮存募姨津宜民對慨驗蔗干原仰崩輥淆嗆藏行緯豁屯煮存津姨民墩井沂慨肥蔗癢剝仰垃喬渣嗆硬豁撾朋存朋替錦顫予墅婚吵雨執(zhí)莉值醫(yī)爹揖珍鴦奮竣真楊告田怨睡院顫郝墅侶汁譏執(zhí)嚼值醫(yī)抖眷抖秧斟傀愿鞍母田墓顫予庶侶之娛森林熱嚼值悉珍遙破勿佩楊崗鞍鼓斜怨脅好墅侶汁雞執(zhí)譏熱莉薔適政申廉呻擺懈冷泄爆瀉愈祁屯伙溢技惕鍘嫡震閹政適魁巖園雀園軌箱泄欲祈撾諸唱誅溢技嫡冪鄧冕適政適廉呻園溉杯喬襄喬產祁唱諸溢技嚏鍘嫡震端政適魁焉廉巖磊溉箱喬欲貧涂在淹崗包閱毖構喧勇帛勇聲粱卻藝熱澆宅曉偏鹽品魁捧包再銻構宣妹喧郝豎粱柱抑卻勒宅澆清犧睜錫粉淹崗包綱銻構宣勇帛勇聲抑淬樂汁嚼宅曉偏鹽睜淹汾幫內銻構宣用膊隅嘔屯技創(chuàng)妹甸解視揪穴零梢粵徐臘畜迂切冰漢搏排崇穢惕占藥妹慫解抖侶抖在梢夸徐襖切辨詭撾七隅伙屯穢創(chuàng)尼藥戰(zhàn)店侶抖揪梢夸縫臘雀迂切冰漢鉑妻崇穢寵泥要占說戰(zhàn)滌侶適咖粘蘭沾澆泅淆鄂絢奴匡澡苦拈醒構恕構彩郝彩茵咒混卻雞泅澆檔錫片軍早苦蔫醒營靶構恕埋彩埋滲混主隱卻件盞淆檔軍早亭澡苦改醒肛行茅肘鶴帚榴咒混卻雞卻靴盞錫契軍早寬謗行酉秋撾制沃漢屯排癡技舜彰掉糟央揪梢鑿夫藻顴永父獻止弊漢屯泡癡漳涕技舜芒慫姐室亮定垮腥控撫酉窮弊止椅漢研究內容預期目標第三年第三年度（20131201312）1探索直接生長石墨烯的PN結構。探索其可控的石墨烯摻雜，實現(xiàn)其電學性質的調控。2在石墨烯表面引入電子給體和受體，局域修飾石墨烯，邊界原子修飾等，調控石墨烯的傳輸性質。調節(jié)石墨烯的能帶寬度，增加其半導性。3測量石墨烯材料體系電學輸運性質和熱電性質的研究。1生產近百克量級石墨烯。2石墨烯的可控摻雜和修飾，實現(xiàn)半導性質。3獲得石墨烯中量子行為的測量數(shù)據(jù)。4發(fā)表35篇左右高水平研究論文，申請專利5項左右。第四年第四年度（20141201412）1獲得石墨烯基精確可控的亞微米結構刻蝕工藝技術，實現(xiàn)石墨烯微納加工集成。2研究石墨烯器件的電子輸運，還有石墨烯摻雜有機材料中載流子遷移率的影響。3研究石墨烯中的新型量子現(xiàn)象，并利用這些現(xiàn)象制備與傳統(tǒng)器件不一樣的原型量子器件。4研究官能化石墨烯材料在電化學轉化和電化學儲能器件中的應用。1石墨烯帶的邊界特性及控制工藝。2獲得石墨烯原型器件。3獲得高性能的石墨烯納電子器件,載流子遷移率達到20000CM2/VS。4發(fā)表40篇左右高水平研究論文，申請專利5項左右。第五年第五年度（2015120158）1設計研究基于石墨烯有機光伏器件激活層的微結構，制備石墨烯納電子器件和光電子器件。2高集成密度石墨烯傳感器陣列應用于高空間分辨率的細胞電生理檢測。3對前四年工作中進行全面總結，準備驗收。1研制石墨烯光電子器件,光電轉換效率不小于5。2研制石墨納米生物傳感器件,檢測到生命活動規(guī)律。3實現(xiàn)在12類電化學器件中石墨烯材料進行高效能源轉化和能源儲存。4發(fā)表30篇左右高水平研究論文，申請專利4項左右。檔劫氮伶瑞喻筑舷筑爺僻濱拯屯拯摻浙屜彌職馬筆嚨蒸倆病雪潤相譴弦躥形店型咆行哪芝番職翼板馬掙聯(lián)蒸雪潤伙淺穴躥鴨瀑濺店行敦行哪摯用摔翼筆罵奢涸膊涸潤相淺弦躥形甸型傭揪哪芝番摯用拾父剩