CN107921402A - 石墨烯基材料的穿孔片 - Google Patents

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Abstract

提供了具有多个穿孔的石墨烯基材料的穿孔片。所述穿孔片可以包含穿孔的单层石墨烯。所述穿孔可以位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上，并且所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm。还提供了制备所述穿孔片的方法。

Description

石墨烯基材料的穿孔片
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年8月5日提交的标题为“石墨烯基材料的穿孔片”的第62/201,527号美国临时申请和2015年8月5日提交的标题为“石墨烯基材料的可穿孔片”的第62/201,539号美国临时申请的优先权权益，所述临时申请的两者的内容通过引用整体并入本文。与本申请同时，要求相同的所述两篇临时申请的优先权权益的另一美国专利申请正在以序列号__/_______标题为“石墨烯基的材料的可穿孔片”进行提交，其内容通过引用整体并入本文。
背景
在石墨烯的各种形式中，石墨烯已经获得广泛关注以用于许多应用中，主要是由于其高导电率值和高导热率值、优异的平面内机械强度以及独特的光学和电子性质的有利组合。已经提出将穿孔石墨烯用于过滤应用中。
在Liu等人，Nano Lett.2008，第8卷，第7期，第1965-1970页中已经公开了通过暴露于氧气(O2)在石墨烯中形成孔或穿孔。如其中所述，使用350托氧气在1个大气压(atm)氩气中在500℃下持续2小时，在单层石墨烯中蚀刻20nm至180nm范围的通孔或孔洞。据报道，通过机械剥离Kish石墨制备石墨烯样品。
在Kim等人“Fabrication and Characterization of Large Area,Semiconducting Nanoperforated Graphene Materials,”Nano Letters 2010年第10卷，第4期，2010年3月1日，第1125-1131页中描述了另一方法。该参考文献描述了使用自组装聚合物来产生适合于使用反应性离子蚀刻(RIE)进行构图的掩模。P(S-嵌段MMA)嵌段共聚物形成P MMA列的阵列，其在去除时形成用于RIE的贯穿孔。据报道，通过机械剥离形成石墨烯。
概述
一些实施方案提供了包括石墨烯基材料的穿孔片的片。穿孔可以位于石墨烯基材料的所述片的大于10％或大于15％的面积上。在另外一些实施例中，穿孔面积可以对应于所述石墨烯基材料的片的所述面积的0.1％或更大。在另外的实施方案中，穿孔的平均孔隙尺寸可以选自0.3nm至1μm。所述片的至少一个横向尺寸可以大于1mm、大于1cm或大于3cm。
一些实施方案提供了石墨烯基材料的穿孔片，所述石墨烯基材料包含穿孔之前的单层石墨烯，石墨烯基材料的穿孔片包括多个穿孔，其特征在于所述穿孔可以位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且穿孔的平均孔隙尺寸可以选自0.3nm至1μm。在一些实施方案中，石墨烯基材料的穿孔片包括具有多个穿孔的穿孔单层石墨烯，所述穿孔的特征在于穿孔可以位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且穿孔的平均孔隙尺寸可以选自0.3nm至1μm。
在一些实施方案中，孔隙尺寸的变异系数可以为0.1至2、0.5至2或0.1至0.5。在另外的一些实施方案中，穿孔的平均孔隙尺寸可以为0.3nm至0.1μm或0.3nm至1μm。
在一些实施方案中，穿孔之前的石墨烯基材料的片包含具有表面的单层石墨烯和提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料。在一些实施方案中，单层石墨烯可以具有至少两个表面，例如衬底侧表面和形成相对表面的自由表面。例如，非石墨烯碳基材料可以提供在单层石墨烯的一个或两个表面上。在一些实施方案中，石墨烯基材料的片包括单层或多层石墨烯或其组合的片。
在一些实施方案中，可以通过化学气相沉积(CVD)、然后在穿孔之前进行至少一个另外的调节或处理步骤，形成石墨烯基材料的片。在一些实施方案中，本文所述的调节方法可以降低非石墨烯碳基材料覆盖单层石墨烯表面的程度，可以降低所述非石墨烯碳基材料的移动性，并且可以降低所述非石墨烯碳基材料的挥发性和/或其组合。
在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料包含至少80％碳或20％至100％碳。在另外的一些实施方案中，所述非石墨烯碳基材料还包括非碳元素。在一些实施方案中，所述非碳元素可以选自氢、氧、硅、铜、铁及其组合。在一些实施方案中，所述非石墨烯碳基材料具有包含碳、氢和氧的元素组成。在另外的实施方案中，所述非石墨烯碳基材料可以具有包含无定形碳、一种或多种碳氢化合物或这些的任意组合的分子组成。在另外的一些实施方案中，非碳元素(例如硼或硅)可以取代晶格中的碳。在一些实施方案中，所述非石墨烯碳基材料可以不表现出长程有序性。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料可以与所述单层石墨烯的所述表面物理接触。在一些实施方案中，非石墨烯碳材料的特性如穿孔后所测定的那些特性。
在穿孔之后，石墨烯基材料的穿孔片可以保持单层石墨烯或者在穿孔之前存在的单层石墨烯可以变成基本无序的。在一些实施方案中，所述单层石墨烯的特征可以在于大于或等于1微米(1μm)的长程有序的平均尺寸结构域。在另外的一些实施方案中，所述单层石墨烯可以具有特征在于1微米数量级的长程晶格周期性的无序程度。在另外的一些实施方案中，所述单层石墨烯具有特征在于小于1％含量的晶格缺陷的无序程度。在一些实施方案中，单层石墨烯的晶格可以在1nm至10nm的尺度内受到破坏。在另外的一些实施方案中，石墨烯基材料的穿孔片可以不表现长程有序性。在一些实施方案中，石墨烯基材料的穿孔片中的无序的特征可以在于缺少石墨烯的6个特征衍射点，其表征有序石墨烯的倒晶格空间(reciprocal lattice space)。
在一些实施方案中，提供了制备石墨烯基材料的穿孔片的方法。例如，一些实施方案提供对石墨烯基材料的片穿孔的方法，所述方法包括：提供所述石墨烯基材料的片，所述石墨烯基材料包括具有表面的单层石墨烯；以及提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料；其中所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面可以被所述非石墨烯碳基材料覆盖；以及将石墨烯基材料的片暴露于特征在于5eV至100keV的离子能量和1×1013个离子/cm2至1×1021个离子/cm2的注量的离子。在一些实施方案中，单层石墨烯包括至少两个表面并且所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面可以被所述非石墨烯碳基材料覆盖。在另外的一些实施方案中，可以悬挂单层石墨烯的至少一部分。在一些实施方案中，在离子源与石墨烯基材料的片之间可以不存在掩模或模板。在一些实施方案中，离子源可以是准直的离子源，例如宽束或泛源。在一些实施方案中，离子是稀有气体离子，选自Xe+离子、Ne+离子或Ar+离子，或者是氦离子。
在一些实施方案中，离子选自Xe+离子、Ne+离子和Ar+离子，离子能量为5eV至50eV并且离子剂量为5×1014个离子/cm2至5×1015个离子/cm2。在一些实施方案中，离子能量为1keV至40keV并且离子剂量为1×1019个离子/cm2至1×1021个离子/cm2。这些参数可以用于He离子。在另外的一些实施方案中，在离子辐射期间可以存在背景气体。例如，可以在10-3托至10-5托的总压力下包含5×10-4托至5×10-5托分压的氧气、氮气或二氧化碳的环境中，将石墨烯基材料的片暴露于离子。在一些实施方案中，当存在背景气体时离子辐射条件包括100eV至1000eV的离子能量和1×1013个离子/cm2至1×1014个离子/cm2的离子剂量。在这些条件下可以使用准中性等离子体。
在一些实施方案中，提供对石墨烯基材料的片穿孔的方法，所述方法包括：提供所述石墨烯基材料的片，所述石墨烯基材料包含具有表面的单层石墨烯；和提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料；其中所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面被所述非石墨烯碳基材料覆盖；以及将石墨烯基材料的所述片暴露于紫外辐射和含氧气体，辐射强度为10mW/cm2至100mW/cm2，持续60秒至1200秒。在一些实施方案中，单层石墨烯包括至少两个表面并且所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面被所述非石墨烯碳基材料覆盖。在一些实施方案中，悬挂单层石墨烯的至少一部分。在一些实施方案中，在离子源与石墨烯基材料的片之间不存在掩模或模板。
附图简述
图1A和1B是例示使用UV-氧气处理进行穿孔之后的石墨烯基材料的片的一部分的透射电子显微镜(TEM)图像。
图2A和2B是例示使用Xe+离子进行穿孔之后的石墨烯基材料的片的一部分的TEM图像。
图3和图4是例示使用Ne+离子进行穿孔之后的石墨烯基材料的TEM图像。
图5和图6是例示使用He+离子进行穿孔之后的石墨烯基材料的TEM图像。
详述
石墨烯表示这样的碳形式，即其中碳原子位于单个原子级薄片或形成延伸的sp2-杂化碳平面晶格的稠合六元环的几个分层片(例如，约20层或更少)内。石墨烯基材料包括但不限于，单层石墨烯、多层石墨烯或互连的单层或多层石墨烯结构域及其组合。在一些实施方案中，石墨烯基材料还包括通过堆叠单层或多层石墨烯片形成的材料。在一些实施方案中，多层石墨烯包括2层至20层、2层至10层或2层至5层。在一些实施方案中，多层石墨烯的层被堆叠，但是在z方向(垂直于基面)上比薄石墨晶体的有序性低。
在一些实施方案中，石墨烯基材料的片可以是单层或多层石墨烯的片或包括多个互连的单层或多层石墨烯结构域的片，这可以以任何已知的方式观察，例如使用小角度电子衍射、透射电子显微镜等。在一些实施方案中，多层石墨烯结构域具有2至5层或2至10层。如本文所用，结构域是指其中原子基本上均匀排序成晶格的材料的区域。域在其边界内是均匀的，但可能与相邻的区域不同。例如，单晶材料具有单个有序原子的结构域。在一些实施方案中，至少一些石墨烯结构域是纳米晶体，其具有1nm至100nm或10nm至100nm的结构域。在一些实施方案中，至少一些石墨烯结构域的结构域尺寸大于100nm至1微米，或为200nm至800nm，或为300nm至500nm。在一些实施方案中，多层石墨烯的结构域可以与相邻结构域重叠。可以由每个结构域的边缘处的结晶缺陷形成的晶界区分相邻的晶格。在一些实施方案中，通过围绕垂直于片的平面的轴旋转，第一晶格可以相对于第二晶格旋转，使得两个晶格在晶格取向上不同。
在一些实施方案中，石墨烯基材料的片是单层或多层石墨烯或其组合的片。在一些其他实施方案中，石墨烯基材料的片是包括多个互连的单层或多层石墨烯结构域的片。在一些实施方案中，互连的结构域共价键合在一起以形成片。当片中的结构域在晶格取向上不同时，片是多晶的。
在一些实施方案中，石墨烯基材料的片的厚度为0.3nm至10nm、0.34nm至10nm、0.34nm至5nm或0.34nm至3nm。在一些实施方案中，厚度包括单层石墨烯和非石墨烯碳。
在一些实施方案中，石墨烯基材料的片包括固有或天然的缺陷。与将选择性引入石墨烯基材料的片或石墨烯片的穿孔相反，石墨烯基材料的制备可以导致固有或天然的缺陷。此类固有或天然的缺陷可以包括但不限于，晶格异常、孔隙、撕缝、裂纹或皱纹。晶格异常可以包括但不限于，非6元碳环(例如5元、7元或9元环)、空位、间隙缺陷(包括在晶格中并入非碳原子)和晶界。由于固有或天然的缺陷或晶界，穿孔不同于石墨烯晶格中的开口，但是最终膜的测试和表征(例如平均孔隙尺寸等)涵盖所有开口，不管起源如何，因为它们都存在。
在一些实施方案中，石墨烯是石墨烯基材料中的主要材料。例如，石墨烯基材料可以包含至少20％石墨烯、至少30％石墨烯、或至少40％石墨烯、或至少50％石墨烯、或至少60％石墨烯、或至少70％石墨烯、或至少80％石墨烯、或至少90％石墨烯、或至少95％石墨烯。在一些实施方案中，石墨烯基材料包含选自30％至95％、或40％至80％、50％至70％、60％至95％或75％至100％的石墨烯。利用已知方法包括透射电子显微镜检查，或可选地如果TEM是无效的，用另一类似的测量技术，将石墨烯基材料中的石墨烯的量测量为原子百分比。
在一些实施方案中，石墨烯基材料的片还包含位于石墨烯基材料的片的至少一个表面上的非石墨烯碳基材料。在一些实施方案中，通过两个基础表面(例如片的顶面和底面，相对的面)和侧面(例如片的侧面)来例示该片。在另外的一些实施方案中，片的“底”面是在片的生长期间接触衬底的面，并且片的“自由”面与“底”面相对。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料可以位于片的一个或两个基底表面(例如片的衬底侧和/或片的自由表面)。在另外的一些实施方案中，石墨烯基材料的片包括表面上的少量的一种或多种其他材料，例如，但不限于，一种或多种粉尘颗粒或类似的污染物。
在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料的量小于石墨烯的量。在另外的一些实施方案中，非石墨烯碳材料的量是石墨烯的量的三倍至五倍；这根据质量进行测量。在另外的一些实施方案中，非石墨烯碳材料的特征在于选自0％至80％的所述石墨烯基材料的质量百分比。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料对片的表面覆盖率大于零且小于80％、为5％至80％、为10％至80％、为5％至50％或为10％至50％。这种表面覆盖率可以用透射电子显微镜进行测量，其产生投影。在一些实施方案中，石墨烯基材料中的石墨烯的量为60％至95％或75％至100％。使用已知的方法，优选使用透射电子显微镜检查，或可选地如果TEM是无效的，则使用其他类似的技术，将石墨烯基材料中的石墨烯的量测量为质量百分比。
在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料不具有长程有序性并且被分类成无定形的。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料还包含除了碳和/或碳氢化合物之外的元素。在一些实施方案中，可以并入非石墨烯碳中的非碳元素包括氢、氧、硅、铜和铁。在另外的一些实施方案中，非石墨烯碳基材料包括碳氢化合物。在一些实施方案中，碳是非石墨烯碳基材料中的主要材料。例如，在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料包含至少30％碳、或至少40％碳、或至少50％碳、或至少60％碳、或至少70％碳、或至少80％碳、或至少90％碳、或至少95％碳。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料包含选自30％至95％、或40％至80％、或50％至70％的碳。利用已知方法，优选使用透射电子显微镜检查，或可选地如果TEM是无效的，则使用其他类似的技术，将非石墨烯碳基材料中的碳的量测量为原子百分比。
适合用于对石墨烯基材料进行穿孔的穿孔技术可以包括本文所述的基于离子的穿孔方法和基于UV-氧气的方法。
基于离子的穿孔方法包括其中石墨烯基材料被定向离子源辐射的方法。在另外的一些实施方案中，离子源是准直的。在一些实施方案中，离子源是宽束或泛源。与聚焦离子束相比，宽场或泛离子源可以提供显著降低的离子通量。诱导石墨烯或其他二维材料穿孔的离子源被认为提供了宽的离子场，通常也被称为离子泛源。在一些实施方案中，离子泛源不包括聚焦透镜。在一些实施方案中，离子源在小于大气压例如在10-3托至10-5托或10-4托至10-6托下进行操作。在一些实施方案中，环境还包含背景量(例如大约10-5托)的氧气(O2)、氮气(N2)或二氧化碳(CO2)。在一些实施方案中，离子束可以垂直于材料的层的表面(入射角为0度)或入射角可以为0至45度、0至20度、0至15度或0至10度。在另外的一些实施方案中，暴露于离子不包括暴露于等离子体。
在一些实施方案中，基于UV-氧气的穿孔方法包括其中石墨烯基材料同时暴露于紫外(UV)光和含氧气体的方法。臭氧可以通过将含氧气体(例如氧气或空气)暴露于UV光而产生。还可以通过臭氧发生器装置供应臭氧。在一些实施方案中，基于UV-氧气的穿孔方法还包括将石墨烯基材料暴露于原子氧。UV光的合适的波长包括但不限于低于300nm的波长或150nm至300nm的波长。在一些实施方案中，6mm距离处的强度为10mW/cm2至100mW/cm2或6mm距离处的强度为100mW/cm2至1000mW/cm2。例如，由汞放电灯发射合适的光(例如约185nm和254nm)。在一些实施方案中，在室温或在大于室温的温度下进行UV/氧气清洗。在另外的一些实施方案中，在大气压(例如1atm)或真空下进行UV/氧气清洗。
将穿孔设定成如本文所述的尺寸，以对于给定的应用提供物质(原子、分子、蛋白质、病毒、细胞等)所期望的选择透过性。选择透过性是指多孔材料或穿孔二维材料允许一种或多种物质比其他物质更容易地或更快地通过(或传输)的倾向。选择透过性允许表现出不同的通过速率或传输速率的物质分离。在二维材料中，选择透过性与孔的大小或尺寸(例如，直径)和物质的相对有效尺寸有关。二维材料(例如石墨烯基材料)中的穿孔的选择透过性还可以取决于穿孔(如果有的话)和特定物质的功能化。在混合物中两种或更多种物质的分离或通过包括在混合物通过穿孔二维材料期间和之后，混合物中的两种或更多种物质的比例(重量或摩尔比)变化。
在一些实施方案中，穿孔的特征尺寸为0.3nm至10nm、1nm至10nm、5nm至10nm、5nm至20nm、10nm至50nm、50nm至100nm、50nm至150nm、100nm至200nm、或100nm至500nm。在一些实施方案中，平均孔隙尺寸在指定范围内。在一些实施方案中，片或层中的70％至99％、80％至99％、85％至99％或90％至99％的穿孔落在指定范围内，但是其他孔隙落在指定范围之外。
有意产生孔隙的纳米材料可以称为穿孔石墨烯、穿孔石墨烯基材料或穿孔二维材料等。穿孔石墨烯基材料包括其中非碳原子被并入孔隙的边缘的材料。孔隙特征和其他材料特征可以以各种方式来表征，包括与尺寸、面积、结构域、周期性、变异系数等相关的方式。例如，可以利用图像通过定量图像分析来评估孔隙尺寸，所述图像优选通过透射电子显微镜获得，并且如果TEM是无效的，则通过扫描电子显微镜等获得，例如如图1和2所示。材料的存在和不存在的边界标识了孔隙的轮廓。除非另有说明，否则孔隙的尺寸可以通过预期物质与成像孔隙轮廓的形状拟合进行确定，其中尺寸量度以最小尺寸表征。例如，在一些情况下，形状可以是圆形或椭圆形。圆形表现出与其直径相等的恒定和最小的尺寸。椭圆的宽度是其最小的尺寸。除非另有说明，否则在这些情况下的形状拟合的直径和宽度测量提供尺寸量度。
可以测量测试样品的各个孔隙尺寸以确定测试样品内孔隙尺寸的分布。还可以测量其他参数，例如面积、结构域、周期性、变异系数等。可以对较大的膜取多个测试样品以确定结果的一致性适当地表征整个膜。在这种情况下，可以通过用测试物质测试膜的性能来确认结果。例如，如果测量表明某些尺寸的物质应该在传输通过膜上受到限制，则性能测试用测试物质提供验证。可选地，性能测试可以用作指示物，孔隙测量将确定一致的孔隙尺寸、面积、结构域、周期性、变异系数等。
孔洞的尺寸分布可以是窄的，例如，限于小于0.1至0.5的变异系数。在一些实施方案中，选择孔洞的特征尺寸用于应用。
在涉及圆形拟合的一些实施方案中，由方程A＝πd2/4计算各个孔隙的等效直径。另外，面积是形状拟合的函数。当孔隙面积作为等效孔隙直径的函数绘图时，可以获得孔隙尺寸分布。本文中可以将孔隙尺寸的变异系数计算为如在整个测试样品中测量的孔隙尺寸的标准偏差与孔隙尺寸的平均值的比率。穿孔的平均面积是如在整个测试样品中测量的孔隙的平均测量面积。
在一些实施方案中，穿孔的面积比例相比于片的面积比例可以用于将片表征为穿孔的密度。测试样品的面积可以作为由测试样品跨越的平面面积。由于使其他非平面特征起皱纹，另外的片的表面面积可以排除。表征可基于穿孔面积与测试样品面积的比例作为穿孔密度，排除诸如表面碎片的特征。表征可以基于穿孔面积与片的悬挂面积的比例。与其他测试一样，可以取多个测试样品以确认整个测试的一致性，并且可以通过性能测试获得验证。穿孔密度可以是例如，每nm2为2(2/nm2)至每μm2为1(1/μm2)。
在一些实施方案中，穿孔面积占片面积的0.1％或更大、1％或更大或5％或更大，小于片面积的10％、小于片面积的15％，为片面积的0.1％至15％、片面积的1％至15％、片面积的5％至15％或片面积的1％至10％。在另外的一些实施方案中，穿孔位于所述石墨烯基材料的片的大于10％或大于15％的面积上。宏观尺度的片是宏观的，并且凭肉眼可以观察到。在一些实施方案中，片的至少一个横向尺寸大于3cm、大于1cm、大于1mm或大于5mm。在另外的一些实施方案中，片比石墨烯薄片大，所述石墨烯薄片可以通过在用于制造石墨烯薄片的已知方法中剥离石墨而获得。例如，片的横向尺寸大于约1微米。在另外的实施方案中，片的横向尺寸小于10cm。在另外的一些实施方案中，片的横向尺寸(例如，垂直于片的厚度)为10nm至10cm或大于1mm且小于10cm。
石墨烯基材料的化学气相沉积生长通常涉及使用含碳前体材料，例如甲烷和生长衬底。在一些实施方案中，生长衬底是金属生长衬底。在一些实施方案中，金属生长衬底是基本连续的金属层，而不是栅格或网格。与石墨烯和石墨烯基材料的生长相容的金属生长衬底包括过渡金属及其合金。在一些实施方案中，金属生长衬底是基于铜的或基于镍的。在一些实施方案中，金属生长衬底是铜或镍。在一些实施方案中，将石墨烯基材料通过溶解生长衬底从生长衬底中去除。
在一些实施方案中，通过化学气相沉积(CVD)、然后进行至少一个另外的调节或处理步骤形成石墨烯基材料的片。在一些实施方案中，调节步骤选自热处理、UV-氧气处理、离子束处理及其组合。在一些实施方案中，热处理可以包括在10-7托至大气压的压力下加热至200℃至800℃的温度，持续2小时至8小时。在一些实施方案中，UV-氧气处理可以涉及暴露于150nm至300nm的光，并且在6mm距离处的强度为10mW/cm2至100mW/cm2，持续60秒至1200秒。在一些实施方案中，UV-氧气处理可以在室温或大于室温的温度下进行。在另外的一些实施方案中，UV-氧气处理可以在大气压(例如1atm)或真空下进行。在一些实施方案中，离子束处理可以涉及将石墨烯基材料暴露于离子能量为50eV至1000eV(用于预处理)并且注量为3×1010个离子/cm2至8×1011个离子/cm2或3×1010个离子/cm2至8×1013个离子/cm2(用于预处理)的离子。在另外的一些实施方案中，离子源可以是准直的，例如宽束或泛源。在一些实施方案中，离子可以是稀有气体离子，例如Xe+。在一些实施方案中，在将石墨烯基材料附接到衬底(例如生长衬底)时进行一个或多个调节步骤。
在一些实施方案中，调节处理影响非石墨碳基材料的移动性和/或挥发性。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料的表面移动性是使得当用诸如本文所述的穿孔参数辐射时，非石墨烯碳基材料可以具有使得穿孔过程最终导致穿孔的表面移动性。不希望受到任何特定观念的束缚，认为孔洞形成与从石墨烯片去除束诱导的碳并且由非石墨烯碳热补充孔洞区域中的碳有关。补充过程可以取决于在穿孔期间进入***的能量和非石墨烯碳基材料的所得的表面移动性。为了形成孔洞，石墨烯的去除速率可以高于非石墨烯碳孔洞填充速率。这些竞争速率取决于非石墨烯碳通量(例如移动性[粘度和温度]和数量)和石墨烯去除速率(例如颗粒质量、能量、通量)。
在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料的挥发性可以比通过在真空或具有惰性气体的大气压下将石墨烯基材料的片加热至500℃持续4小时而获得的挥发性要小。
在各种实施方案中，CVD石墨烯或石墨烯基材料可以从其生长衬底(例如，Cu)释放并且被转移至支撑栅格、网格或其它支撑结构。在一些实施方案中，可以将支撑结构配置成使得石墨烯基材料的片的至少一些部分悬挂于支撑结构。例如，石墨烯基材料的片的至少一些部分可以不与支撑结构接触。
在一些实施方案中，在化学气相沉积之后的石墨烯基材料的片包含具有至少两个表面的单层石墨烯，并且非石墨烯碳基材料可以提供在单层石墨烯的所述表面上。在一些实施方案中，非石墨烯碳基材料可以位于两个表面之一上或位于两个表面上。在另外的一些实施方案中，另外的石墨烯碳可还以存在于单层石墨烯的表面上。
通过以下非限制性实施例可以进一步理解优选实施方案。
实施例：穿孔石墨烯基材料
图1A和图1B是例示使用UV-氧气处理进行穿孔之后的石墨烯基材料的片的一部分的TEM图像。图1B示出图1A的放大部分。标号10表示石墨烯的区域，较亮的周围区域主要包括非石墨烯碳，并且黑暗区域是孔隙。通过化学气相沉积制备石墨烯基材料，然后在铜生长衬底上时用Xe离子在80℃和500V下以1.25×1013个离子/cm2的注量使其经受离子束。然后将材料转移至TEM栅格，然后悬挂时在具有大气气体的大气压下用所述的紫外线(UV)参数接受400秒的处理。在6mm处的强度为28mW/cm2。
图2A和图2B是例示使用Xe离子进行穿孔之后的石墨烯基材料的片的一部分的TEM图像。图2B示出图2A的放大部分。通过化学气相沉积制备石墨烯基材料，进行预处理，然后转移至TEM栅格并在20V和2000nAs下用Xe离子进行辐射。2000nAs＝1.25×1015个离子/cm2。孔隙的面积％为5.8％。
图3和图4是例示使用Ne离子进行穿孔之后的石墨烯基材料的TEM图像。图4处于较高的放大倍数下。通过化学气相沉积制备石墨烯基材料，进行预处理，然后转移至TEM栅格并用在23kV下以4×1017个离子/cm的注量用Ne离子进行辐射。
图5和图6是例示使用He离子进行穿孔之后的石墨烯基材料的TEM图像。图6处于较高的放大倍数下。通过化学气相沉积制备石墨烯基材料，进行预处理，然后转移至TEM栅格并用在25kV下以1×1020个离子/cm2的注量用He离子进行辐射。
穿孔通常显示为这些图像中的较暗区域。
虽然已经参考公开的实施方案描述了本公开内容，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到，这些仅仅是例示性的公开内容。应该理解，在不背离本公开内容的主旨的情况下可以进行各种修改。可以修改本公开内容以并入迄今为止未描述的任意数量的变化、更改、替换或等同布置，但是其与本公开内容的主旨和范围相当。此外，虽然已经描述了本公开内容的各种实施方案，但是应当理解，本公开内容的方面可以仅包括一些所述实施方案。因此，本公开内容不应被视为受到先前描述的限制。
除非另有说明，否则所描述或示例的组分的各种配制或组合可以用于实践实施方案。化合物的具体名称旨在是示例性的，因为已知本领域普通技术人员可以不同地命名相同的化合物。当本文中将化合物描述成使得例如在式中或化学名称中，未指定该化合物的特定异构体或对映体时，该描述旨在包括单独描述的或以任意组合描述的化合物的每种异构体和对映体。本领域的普通技术人员将会理解，除了具体示例的那些之外的方法、装置元件、起始材料和合成方法可以用于实践实施方案，而不依靠过度的实验。任何此类方法、装置元件、起始材料和合成方法的所有已知的功能等同物都旨在被包含在实施方案中。每当在说明书中给出范围时，例如，温度范围、时间范围或组成范围，所有的中间范围和子范围以及包含在给定范围内的所有单个值都旨在被包含在本公开内容中。当本文中使用马库什组或其他分组时，该组的所有单独成员以及该组的所有可能的组合和子组合都旨在单独地包括在本公开内容中。
如本文所用，“包含”与“包括”、“含有”或“特征在于”是同义的，并且是包含性的或开放式的，并且不排除另外的未叙述的元素或方法步骤。如本文所用，“由…组成”排除在要求保护的元素中未指定的任何元素、步骤或成分。如本文所用，“基本上由…组成”不排除实质上不影响权利要求的基本特性和新颖特性的材料或步骤。术语“包含”在本文中的任何叙述，特别是在组合物的组分的描述中或在装置的元件的描述中，应理解为涵盖基本上由所叙述的组分或元件组成和由所列举的组分或元件组成的组合物和方法。可以在本文中未具体公开的任意元件、限制不存在的情况下适合地实践本文中例示性描述的实施方案。
已经使用的术语和表达被用作描述性的术语而不是限制性的术语，并且不意图使用排除所示出和所描述的特征或者其部分的任何等同物的此类术语和表达，而应认识到可以在所要求保护的实施方案的范围内进行各种修改。因此，应当理解，虽然通过优选特征和任选特征已经具体公开了一些实施方案，但是本领域技术人员可以采取本文公开的概念的修改和变动，并且这样的修改和变动被认为是在由所附权利要求确定的实施方案的范围内。
通常，本文使用的术语和短语具有其本领域公认的含义，这可以通过参考本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献和背景来找到。提供任何先前的定义以在优选实施方案的情况中阐明它们的具体用途。
在整篇本申请中的全部参考文献，例如包括已公布或授权的专利或等同物的专利文件；专利申请出版物；和非专利文献文件或其他来源的材料；在此通过引用整体并入本文，如同通过引用单独地并入，至每篇参考文献至少部分地与本申请中的公开内容一致的程度(例如，部分不一致的参考文献通过引用并入，但除该参考文献的部分不一致的部分以外)。
说明书中提及的所有专利和出版物表明优选实施方案所属领域的技术人员的技术水平。本文引用的参考文献通过引用整体并入本文以表明技术的状态，在其申请日为止的一些情况下，并且如果需要的话，意味着本文可以利用这种信息来排除(例如，放弃)现有技术中的特定实施方案。例如，当要求保护化合物时，应当理解的是，现有技术中已知的化合物，包括本文公开的参考文献中公开的某些化合物(特别是在所引用的专利文件中)，不旨在包含在权利要求中。

Claims (45)

1.石墨烯基材料的穿孔片，具有面积并且包含：
穿孔的单层石墨烯；
所述单层石墨烯中的多个穿孔，其位于所述单层石墨烯的大于10％的所述面积上，所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm；
其中所述穿孔的特征在于穿孔密度选自2/nm2至1/μm2；并且，
其中所述穿孔面积对应于所述石墨烯基材料的片的0.1％或更大的所述面积。
2.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔的特征在于具有以0.1至2的变异系数为特征的分散度的孔隙分布。
3.如权利要求2所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的特征在于大于或等于1μm的长程有序的平均尺寸结构域。
4.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯具有以1微米数量级的长程晶格周期性为特征的无序程度。
5.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中穿孔的石墨烯基材料不表现出长程有序性。
6.如权利要求1所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的至少一个横向尺寸为10nm至10cm。
7.如权利要求6所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯包含至少两个表面并且所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面被非石墨烯碳基材料覆盖。
8.如权利要求7所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料与所述单层石墨烯的所述表面中的至少一个物理接触。
9.石墨烯基材料的穿孔片，包含：
具有多个穿孔的穿孔的单层石墨烯，所述穿孔的特征在于所述穿孔位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm。
10.石墨烯基材料的穿孔片，所述石墨烯基材料包含：
单层石墨烯；
所述单层石墨烯中的多个穿孔，所述穿孔的特征在于所述穿孔位于所述石墨烯基材料的片的大于10％的所述面积上并且所述穿孔的平均孔隙尺寸选自0.3nm至1μm。
11.如权利要求9或10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔的特征在于具有以0.1至2的变异系数为特征的分散度的孔隙分布。
12.如权利要求9或10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述孔隙尺寸的变异系数为0.5至2。
13.如权利要求9或10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述孔隙尺寸的变异系数为0.1至0.5。
14.如权利要求9至13中任一项所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔的特征在于选自2/nm2至1/μm2的穿孔密度。
15.如权利要求9至14中任一项所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中穿孔面积对应于所述石墨烯基材料的片的0.1％或更大的所述面积。
16.如权利要求9至15中任一项所述的石墨烯基材料的片，其中所述穿孔的特征在于选自0.2nm2至0.25μm2的所述穿孔的平均面积。
17.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的特征在于大于或等于1μm的长程有序的平均尺寸结构域。
18.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯具有以1微米数量级的长程晶格周期性为特征的无序程度。
19.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯具有特征在于小于1％含量的晶格缺陷的无序程度。
20.如权利要求9所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯的晶格在1nm至10nm的尺度内受到破坏。
21.如权利要求10所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述穿孔石墨烯基材料不表现出长程有序性。
22.如权利要求9至21中任一项所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述片的厚度为0.3nm至10nm。
23.如权利要求9至22中任一项所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述片的至少一个横向尺寸为10nm至10cm。
24.如权利要求9或10所述的石墨烯基材料的穿孔片，还包含提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料。
25.如权利要求24所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述单层石墨烯包括至少两个表面并且所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面被所述非石墨烯碳基材料覆盖。
26.如权利要求24所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料与所述单层石墨烯的所述表面中的至少一个物理接触。
27.如权利要求24所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料不表现出长程有序性。
28.如权利要求24所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料具有包含碳、氢和氧的元素组成。
29.如权利要求24所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料具有包含无定形碳、一种或多种碳氢化合物、含氧碳化合物、含氮碳化合物或这些的任意组合的分子组成。
30.如权利要求24所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料包含10％至100％碳。
31.如权利要求24所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料还包含非碳元素。
32.如权利要求31所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非碳元素选自氢、氧、硅、铜和铁。
33.如权利要求31所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料的特征在于基本有限的移动性。
34.如权利要求31所述的石墨烯基材料的穿孔片，其中所述非石墨烯碳基材料是基本非挥发性的。
35.使石墨烯基材料的片穿孔的方法，所述方法包括：
将所述石墨烯基材料的片定位，所述石墨烯基材料包含具有至少两个表面的单层石墨烯；和提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料；其中所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面被所述非石墨烯碳基材料覆盖；以及
将所述石墨烯基材料的片暴露于离子，所述离子的特征在于10eV至100keV的离子能量和1×1013个离子/cm2至1×1021个离子/cm2的注量。
36.如权利要求35所述的方法，其中由离子泛源提供所述离子。
37.如权利要求35所述的方法，其中所述离子是稀有气体离子。
38.如权利要求35所述的方法，其中所述离子选自Xe+离子、Ne+离子或Ar+离子。
39.如权利要求38所述的方法，其中离子能量为5keV至50keV并且离子剂量为5×1014个离子/cm2至5×1015个离子/cm2。
40.如权利要求38所述的方法，其中在10-3托至10-5托的总压下在包含5×10-4托至5×10-5托分压的氧气、氮气或二氧化碳的环境中，将所述石墨烯基材料的片暴露于所述离子。
41.如权利要求38所述的方法，其中所述离子能量为100eV至1000eV的离子能量，并且所述离子剂量为1×1013个离子/cm2至1×1014个离子/cm2。
42.如权利要求35所述的方法，其中所述离子为氦离子。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述离子能量为1keV至40keV的离子能量并且所述离子剂量为1×1019个离子/cm2至1×1021个离子/cm2。
44.使石墨烯基材料的片穿孔的方法，所述方法包括；
将所述石墨烯基材料的片定位，所述石墨烯基材料包含具有至少两个表面的单层石墨烯；和提供在所述单层石墨烯上的非石墨烯碳基材料；其中所述单层石墨烯的大于10％且小于80％的所述表面被所述非石墨烯碳基材料覆盖；以及
在6mm的距离、以10mW/cm2至100mW/cm2的辐射强度将所述石墨烯基材料的片暴露于紫外辐射和含氧气体持续60秒至1200秒。
45.如权利要求44所述的方法，其中所述含氧气体为大气压下的空气。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101979038B1 (ko) * 2011-03-15 2019-05-15 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 나노미터 고체 상태 재료에서의 나노포어의 제어된 제조법
CN104487382B (zh) * 2012-01-27 2018-02-13 英派尔科技开发有限公司 穿过石墨烯膜的加速输送
IN2014DN08466A (zh) * 2012-03-15 2015-05-08 Massachusetts Inst Technology
JP6246785B2 (ja) * 2012-03-21 2017-12-13 ロッキード・マーチン・コーポレーション 活性化ガス流を用いてグラフェンを穿孔するための方法
CN105102105A (zh) * 2013-03-13 2015-11-25 洛克希德马丁公司 纳米多孔薄膜及其制造方法
US9610544B2 (en) * 2013-12-04 2017-04-04 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Method for creating a nano-perforated crystalline layer
CA2938273A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Peter V. Bedworth Perforating two-dimensional materials using broad ion field

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