К настоящему моменту разработано большое количество методов получения графена, однако данная проблема не теряет своей актуальности. Причиной этого является высокая перспективность графена, обусловленная сверхвысокой подвижностью носителей заряда, что в перспективе может позволить отказаться от кремния в качестве основного материала микроэлектроники. Успехи в использовании лазера для поверхностной модификации тонких пленок, а также термическая неустойчивость оксида графена натолкнули коллектив исследователей из Сингапура на мысль о возможности лазерной модификации поверхности оксида графена (GO) с его последующим восстановлением до графена (G).
Напомним, что внутренние слои графена обладают эпоксидными и гидроксильными группами, в то время как крайние слои оскида графена содержат карбонильные и карбоксильные группы, которые разрушают ароматичность всей системы в целом - в частности, именно поэтому оксид графена представляет собой изолятор.
Авторы статьи предложили вырезать на поверхности шестислойного GO, нанесенного на кварцевую подложку, островки заданной формы с последующим восстановлением гидразином или отжигом при высокой температуре (рис.1). Если проводить разрезание лазером не на воздухе, а в инертной атмосфере (например, азота), то в местах разреза GO восстанавливается до G, что и является уникальной особенностью предложенного метода (рис.2).
Для измерения толщины оксида графена, а также для того, чтобы убедиться в отсутствии аморфного углерода, была использована рамановская спектроскопия высокого разрешения. Было установлено, что интенсивность жарактеристического пика на спектре прямо пропорциональна числу слоев графена. Это позволило установить, что разрезанию подвергаются лишь три верхних слоя (рис.3). Положение и форма пиков до и после разрезания подтверждают отсутствие фазы аморфного углерода. Отметим, что исследователи успешно разрезали десятислойный GO, однако с возрастанием числа слоев возрастает и жесткость листов, что затрудняет опредение числа слоев, подвергнутых разрезанию. Вместе с тем, исследователи не смогли разрезать менее 5 слоев GO, а пятислойный GO дал плохо воспроизводимые результаты. На рисунке 4 представлена вольт-амперная характеристика учатска GO, модифицированного лазером в инертной атмосфере азота, которая подтверждает образование графена.
Исследователи решили не останавливаться на достигнутом и найти математическое обоснование полученным результатам. На рисунке 5 видно, что 4 слоев GO недостаточно для абсорбции энергии, необходимой для окисления углеродного скелета, в то время как пятислойный GO может окислиться лишь частично. На основании этих же соображений было установлено, что температура трех верхних слоев шестислойного GO достигает 500 градусов. Этого достаточно для окисления GO до CO и CO2, что объясняет наблюдаемое на пракике разрезание только трех верхних слоев GO.
