程纲教授课题组在Nano Energy上报道单层石墨烯的摩擦电氧离子可逆浮栅晶体管

jianchi

近期，程纲教授课题组在基于摩擦纳米发电产生的等离子调控单层石墨烯费米能级方面取得新进展，相关成果以“The Triboelectric Microplasma Transistor of Monolayer Graphene with a Reversible Oxygen Ion Floating Gate”为题，全文在国际著名刊物Nano Energy (IF=16.602, JCR一区)上发表。

       单层石墨烯由于其优异的性质被广泛应用于柔性电子器件、灵敏传感器、超级电容器等诸多领域。通过使用表面吸附物产生的浮栅电压调控石墨烯的费米能级是开发新型场效应晶体管的重要策略。但是，在之前的大量研究中，O2在单层石墨烯的表面无法形成有效化学吸附，对于石墨烯的电学和磁学特性的影响微乎其微。这是由于，O2作为电子受体，其最低的未占据分子轨道（LUMO）高于石墨烯的费米能级，不能直接从石墨烯的价带获取电子形成O2-离子。
在本文中，基于摩擦电等离子的气体离子栅技术，改变O2分子的吸附路径，从而实现O2在石墨烯表面快速的化学吸附，报道了使用O2-作为可逆浮动离子门的石墨烯晶体管。
        在具体实验中，O2分子首先被摩擦电等离子体技术活化为O2-，随即O2-吸附在石墨烯上。O2-作为负浮栅，可向下移动费米能级并产生p型掺杂石墨烯。可以通过加热消除O2-的浮栅作用，并通过拟合实验数据得出O2-的解析势垒。利用第一性原理计算可知：O2-的LUMO能级降低至石墨烯的费米能级以下0.85 eV，从而克服了最初的吸附势垒。本文提出的基于单层石墨烯的O2浮栅技术可以在大气中进行，不需要昂贵的设备，这在开发基于石墨烯的新型电子和光电器件方面具有潜在的应用。
        特种功能材料重点实验室博士研究生赵磊、郭俊猛博士、刘亮亮博士为论文的共同第一作者，程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅和河南大学的经费支持。
         文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105229


         文章来源：河南大学
         程纲，男，1978年1月生，博士，教授，博士生导师。2000年获得河南大学物理学学士学位；2003年获得河南大学凝聚态物理硕士学位；2008年获得吉林大学/河南大学联合培养凝聚态物理博士学位，师从邹广田院士和杜祖亮教授。2003年起，在河南大学特种功能材料教育部重点实验室工作，2013-2016年在美国佐治亚理工学院王中林院士课题组做访问学者。2012年入选河南省科技创新杰出青年，并入选特种功能材料重点实验室高层次人才培养A计划，2014年入选河南大学杰出青年培育人才，2015年牵头组建河南省高校创新团队，并获得国家自然科学基金优秀青年基金。多年来主要从事纳米结构和光电器件的研究，在纳米结构的构筑、表界面光电特性表征以及光电纳米器件方面开展了较为系统的研究工作，重点研发了肖特基势垒纳米光电器件、自驱动纳米光电器件、纳米摩擦发电机等新型器件。在ACS Nano、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Angew. Chem. In. Ed.、Nano Energy、Appl. Phys. Lett.等期刊发表SCI论文40余篇。主持国家自然科学基金3项，主持河南省科技项目5项。获得河南省科技进步二等奖2项。
       杜祖亮， 男， 1966年7月生， 博士， 教授，博士生导师，特种功能材料重点实验室常务副主任。1991年、1999年分别获得吉林大学凝聚态物理硕士和博士学位。中原学者，中国有序分子膜专业委员会副主任，教育部新世纪优秀人才计划人选，教育部创新团队牵头人，享受政府特殊津贴专家，河南省优秀专家，河南省跨世纪学术和技术带头人培养对象。已培养硕士、博士研究生100余人。先后承担完成国家重大基础研究“973”前期专项，国家高科技“863”计划，国家自然科学基金重大纳米研究计划，国家自然科学基金，教育部新世纪优秀人才计划，教育部高校科技创新工程重大项目等国家级科研项目10余项；河南省创新人才项目，河南省杰出青年基金项目等省部级项目10余项。发表SCI学术论文200余篇，鉴定成果7项，专利24件（已授权14件）。