CN114057187B - 一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：(a)在基底上形成含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物或杂环化合物分子；(b)利用外源刺激使得含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物或杂环化合物分子脱去卤素基团，形成聚合物链；(c)利用外源刺激使得聚合物链脱氢环化，形成一维石墨烯；所述步骤(b)和步骤(c)至少一个步骤的外源刺激采用探针施加电场刺激。本发明利用探针施加电场刺激可以在合成聚合物链过程中施加，使得含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物或杂环化合物分子脱去卤素基团，形成聚合物链，也可以在聚合物脱氢环化过程中施加，聚合物链在针尖诱导下脱氢，内部进行环化。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯是由碳原子有序排列形成的平面蜂窝状，且只有一个碳原子厚度的一种二维晶体，石墨烯的杨氏模量为1.1×103GPa，断裂强度为125GPa，室温下电子迁移速率为1.5×104cm2/V·S，热导率为5×103W/m·k，比表面积达2630m2/g，这些优异的性能使石墨烯在微电子器件、气体传感器、能量存储、透明导电薄膜等方面具有广阔的应用前景，引起了全世界的研究热潮。由于其优异的电子迁移率，石墨烯在半导体领域的应用一直备受关注和研究。然而，结构完整的本征石墨烯的带隙为零，表现出金属性质。因此，本征石墨烯零带隙特征限制了其在半导体领域的深入应用。研究发现，将二维本征石墨烯晶体变成一维结构，由于受到边界效应，电子运输受到限制，便可以打开石墨烯带隙。一维石墨烯的制备包括自上而下和自下而上的方法，由于石墨烯边界特性使得其对边界原子特别敏感，单个的边界原子改变，对它的能带结构和电子输运特性都会有明显的改变。而自上而下的方法是将本征石墨烯通过“切割”方式得到一维石墨烯。因此该方法难以合成带隙稳定的一维石墨烯。自下而上的方法利用有机前驱体分子直接合成一维石墨烯，可以保证获得的一维石墨烯的边界一致性和带隙稳定。因此自下而上的方法可获得原子级精确的一维石墨烯。
现有技术合成一维石墨烯主要是用加热法，即热激发合成，由于热激发合成是针对所有前驱体整体受热，这导致前驱体分子之间容易发生交联，形成副反应或者得到一维石墨烯宽度不一的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，利用探针施加电场刺激，可以针对单个前驱体分子或单条链进行诱导，形成完整的一维石墨烯，解决了前驱体分子间交联和一维石墨烯宽度不一的问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)在基底上形成含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物或杂环化合物分子；
(b)利用外源刺激使得含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物或杂环化合物分子脱去卤素基团，形成聚合物链；
(c)利用外源刺激使得聚合物链脱氢环化，形成一维石墨烯；
所述步骤(b)和步骤(c)至少一个步骤的外源刺激采用探针施加电场刺激。
其中，所述基底为洁净单晶固体基底，所述洁净单晶固体基底的制备方法为：将单晶固体基底用氩离子枪进行轰击处理，然后加热到500-700℃处理，保温20-40min，然后自然冷却，即得到洁净单晶固体基底；
其中，氩离子枪的设置条件为电离电压0.7-5.0kV，离子流速0.5-2.5μA。
其中，所述轰击处理具体为用氩离子枪垂直正面轰击30-60分钟。
其中，所述轰击处理具体为用氩离子枪垂直正面轰击10-20分钟，旋转单晶固体基底，使单晶固体基底正面与与氩离子束流方向呈15°角度，轰击10-20分钟，再次旋转单晶固体基底使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击10-20分钟，洁净的单晶基底是保证制备干净一维石墨烯的首要途径，通过对轰击角度和轰击时间进行合理的设定可以使Au(111)中Au原子层台阶被氩离子束流轰击到，从而更有效率地制备出洁净的单晶基底。
其中，所述基底为Au(111)基底。
其中，所述含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物为10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子或6,12-二溴屈前驱体分子。
其中，所述外源刺激包括热刺激、激光刺激和电场刺激。
其中，探针施加电场刺激的具体方式为：以扫描探针显微镜技术中的探针和基底为两端电极，在电极两端施加恒定电压，所述恒定电压为2-10V。
其中，所述步骤(b)采用探针施加电场刺激时，所述恒定电压为6-10V，可以但不限于为6V、6.5V、7V、7.5V、8V、8.2V、8.4V、8.7V、9V、9.5V和10V等。
其中，所述步骤(c)采用探针施加电场刺激时，所述恒定电压为2-5V，可以但不限于为2V、2.5V、3V、3.5V、4V、4.3V、4.6V、4.9V和5.0V等。
其中，所述步骤(b)采用热刺激时，将基底加热至150-250℃进行热刺激。
其中，所述步骤(c)采用热刺激时，将基底加热至300-400℃进行热刺激。
本发明的有益效果在于：
本发明利用探针施加电场刺激，可以针对单个前驱体分子或单条链进行诱导，形成完整的一维石墨烯，解决了前驱体分子间交联和一维石墨烯宽度不一的问题；
本发明利用探针施加电场刺激可以在合成聚合物链过程中施加，使得含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物或杂环化合物分子脱去卤素基团，形成聚合物链，也可以在聚合物脱氢环化过程中施加，聚合物链在针尖诱导下脱氢，内部进行环化；
本发明通过对偏置电压等参数合理的调控，有倾向性地控制脱卤反应和脱氢环化反应的程度，在合成聚合物链过程中施加时，偏置电压相对设置较大，更有效率地引发脱卤反应的进行，而后可以通过更低偏置电压的电场刺激或者热刺激引发脱氢环化反应，形成的一维石墨烯宽度可控性强和边界一致性好，可获得原子级精确的一维石墨烯，具有广泛的应有前景。
附图说明
图1是本发明的实施例2经过步骤(b)处理后的电镜图；
图2是本发明的实施例2经过步骤(c)处理后的电镜图；
图3是本发明的实施例3经过步骤(c)处理后的电镜图；
图4是本发明的实施例4经过步骤(c)处理后的电镜图；
图5是本发明的实施例5经过步骤(b)处理后的电镜图；
图6是本发明的实施例5经过步骤(c)处理后的电镜图；
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1-6对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)将含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底加热至180℃，使得10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子中的溴原子脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链；
(c)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(5.0V)，电流500pA以下，在含有联蒽链的Au(111)基底上移动针尖，联蒽链内部的氢原子便针尖诱导下脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度5.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在95℃之间除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟。然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例2
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为240℃的Au(111)基底表面上；本实施例在沉积过程中对Au(111)基底进行预先加入，既可以省略后续步骤的升温操作，也避免在步骤(b)升温过程中容易发生副反应，从而更好地控制一维石墨烯的宽度和边界；
(b)将含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底持续保温，使得10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子中的溴原子脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链，如图1所示；
(c)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(4.5V)，电流500pA以下，在含有联蒽链的Au(111)基底上移动针尖，联蒽链内部的氢原子便针尖诱导下脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯，如图2所示。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度1.0×10-8mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在99℃之间除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟。然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例3
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(7.0V)，电流500pA以下，在含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团相互结合，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链；
(c)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(4.7V)，电流500pA以下，在含有联蒽链的Au(111)基底上移动针尖，联蒽链内部的氢原子便针尖诱导下脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯，如图3所示。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度1.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在96℃除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例4
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(8.0V)，电流500pA以下，在含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团相互结合，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链；
(c)将含有联蒽链的Au(111)基底加热至350℃，联蒽链内部的氢原子便脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯，如图4所示。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度-2.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在92℃之间除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例5
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的6,12-二溴屈前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(6V)，电流500pA以下，在含有6,12-二溴屈前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成‘屈自由基基团，随后屈自由基基团相互结合，随后屈自由基基团在Au(111)表面耦合形成联屈链，如图5所示；
(c)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(4V)，电流500pA以下，在含有屈链的Au(111)基底上移动针尖，联屈链内部的氢原子便针尖诱导下脱去，形成碳自由基位点，随后联屈中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯，如图6所示。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度1.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物6,12-二溴屈前驱体分子在97℃除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例6
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(10.0V)，电流500pA以下，在含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团相互结合，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链；
(c)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(5.0V)，电流500pA以下，在含有联蒽链的Au(111)基底上移动针尖，联蒽链内部的氢原子便针尖诱导下脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度1.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在96℃除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例7
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(6.0V)，电流500pA以下，在含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团相互结合，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链；
(c)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(2.5V)，电流500pA以下，在含有联蒽链的Au(111)基底上移动针尖，联蒽链内部的氢原子便针尖诱导下脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度1.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在96℃除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例8
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(7.0V)，电流500pA以下，在含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团相互结合，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链；
(c)将含有联蒽链的Au(111)基底加热至400℃，联蒽链内部的氢原子便脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度-2.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在92℃之间除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例9
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(9.0V)，电流500pA以下，在含有10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成9,9’-联蒽自由基基团，随后9,9’-联蒽自由基基团相互结合，随后9,9’-联蒽自由基基团在Au(111)表面耦合形成联蒽链；
(c)将含有联蒽链的Au(111)基底加热至300℃，联蒽链内部的氢原子便脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度-2.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子在92℃之间除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例10
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的6,12-二溴屈前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(10V)，电流500pA以下，在含有6,12-二溴屈前驱体分子的Au(111)基底上移动针尖，前驱体分子内部的溴原子便针尖诱导下脱去，形成‘屈自由基基团，随后屈自由基基团相互结合，随后屈自由基基团在Au(111)表面耦合形成联屈链；
(c)将含有联屈链的Au(111)基底加热至350℃，联屈链内部的氢原子便脱去，形成碳自由基位点，随后联蒽中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度1.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物6,12-二溴屈前驱体分子在97℃除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
实施例11
一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，包括如下步骤：
(a)将含有卤素基团的6,12-二溴屈前驱体分子在100℃下沉积在温度为室温(25℃-30℃)的Au(111)基底表面上；
(b)将含有6,12-二溴屈前驱体分子的Au(111)基底加热至150℃，使得6,12-二溴屈前驱体分子中的溴原子脱去，形成‘屈自由基基团，随后屈自由基基团相互结合，随后屈自由基基团在Au(111)表面耦合形成联屈链；
(c)以扫描探针显微镜的针尖和Au(111)基底为两个电极，在两端电极上施加一个恒定的偏压(2V)，电流500pA以下，在含有联屈链的Au(111)基底上移动针尖，联屈链内部的氢原子便针尖诱导下脱去，形成碳自由基位点，随后联屈中的碳自由基位点相互结合，形成六元环状结构，获得原子级精确的一维石墨烯。
步骤(a)的前驱体分子和基底为经过前处理的Au(111)基底，前处理步骤如下：
(1)在超高真空(真空度1.0×10-9mbar)下，将含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物6,12-二溴屈前驱体分子在97℃除杂；
(2)将Au(111)基底用氩离子枪处理，处理条件：氩离子枪电离电压1.0kV，离子流速1.5μA，Au(111)垂直正面轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈15°角度，轰击15分钟，然后旋转Au(111)基底，使基底正面与氩离子束流方向呈-15°角度，轰击15分钟，然后加热到500℃处理，保温30min，然后自然冷却，即完成Au(111)基底的前处理。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（a）在基底上形成含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物；
（b）利用外源刺激使得含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物或杂环化合物分子脱去卤素基团，形成聚合物链；
（c）利用外源刺激使得聚合物链脱氢环化，形成一维石墨烯；
所述步骤（b）和步骤（c）至少一个步骤的外源刺激采用探针施加电场刺激；
探针施加电场刺激的具体方式为：以扫描探针显微镜技术中的探针和基底为两端电极，在电极两端施加恒定电压，所述恒定电压为2-10V；
所述步骤（c）采用探针施加电场刺激时，所述恒定电压为2-5V；
所述步骤（b）采用探针施加电场刺激时，所述恒定电压为6-10V。
2.根据权利要求1所述的一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，其特征在于：所述基底为Au(111)基底。
3.根据权利要求1所述的一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，其特征在于：所述含有卤素基团的多环芳香族碳氢化合物为10,10’-二溴-9,9’-联蒽前驱体分子或10,10’-二溴-2,2’-二(4-菲基)-9,9’-联蒽前驱体分子或6,12-二溴屈前驱体分子或4,4’-二溴-1,1’-联酞嗪或4,6-二溴-2,5-二苯基嘧啶。
4.根据权利要求1所述的一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，其特征在于：所述外源刺激包括热刺激、光刺激、磁场刺激和电场刺激。
5.根据权利要求1所述的一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，其特征在于：扫描步进速度1ms-1s，工作温度为-273℃-100℃。
6.根据权利要求4所述的一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤（b）采用热刺激时，将基底加热至150-250℃进行热刺激。
7.根据权利要求4所述的一种针尖诱导合成一维石墨烯的方法，其特征在于：所述步骤（c）采用热刺激时，将基底加热至300-400℃进行热刺激。
8.一种一维石墨烯，其特征在于：通过权利要求1-7任意一项所述的针尖诱导合成一维石墨烯的方法制得。
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