块状石墨烯纳米膜具有快速的电子和声子传输以及强光-物质相互作用的特点，因此具有广泛的应用潜力，从光子、电子和光电设备到电荷剥离和电磁屏蔽等。然而，大面积具有宽厚度范围的柔性紧密堆叠石墨烯纳米膜尚未见报道。在这里，报告了一种聚丙烯腈辅助的“基板替代”策略，用于制造大面积的独立式氧化石墨烯/聚丙烯腈纳米膜（横向尺寸 ~ 20 厘米）。线性聚丙烯腈链衍生的纳米通道促进气体逸出，并在 3,000℃热处理后实现 50-600 nm 厚度的宏观组装石墨烯纳米膜 (nMAG)。nMAG具有良好的电学性能：载流子迁移率，1540 cm²V⁻¹ s⁻¹；电导率，2.04 MS m⁻¹；载流子寿命4.7 ps。将其应用于电磁屏蔽，nMAG的高电导率降低了其最低商用厚度(100 nm，20 dB)；。nMAG 非常灵活，即使经过 1.0 × 10⁵ 个折叠-展开循环后也没有结构损坏。此外，nMAGs 将石墨烯/硅异质结的检测区域从近红外扩展到中红外，并表现出比相同厚度的最先进 EMI 材料更高的绝对电磁干扰 (EMI) 屏蔽效能。预计这些结果将导致这种块状纳米薄膜的广泛应用，特别是作为微/纳米电子和光电子平台。
 
Fig 1 . 超薄自支撑GO/PAN薄膜的制备。a自支撑 GO/PAN 薄膜的制备过程。b不同质量比的GO/PAN薄膜在水中溶胀前后的XRD图谱。c从水面上的石英基板上分离 GO/PAN 膜（步骤 II）。d具有大面积和“求是鹰”形状（角）的独立式 GO/PAN 薄膜（190 nm 厚）的图像。e独立式 nMAG（100 nm 厚）在氩气氛下在 3,000℃下处理 1 小时。
 
Fig 2. 基于PAN原子气体溢出通道。a GO/PAN中原子通道形成的示意图；b GO/PAN在N2和空气气氛中的TGA图 (PAN, 70%)，插图显示了不同PAN含量的nMAG在N2和空气中加热到270℃的剩余质；c 600 nm厚预氧化GO/PAN 膜 (PAN, 70%)和PAN 膜中氧元素的飞行质朴图及其对应的氧三维映射图(插图)；d 270℃预氧化前后不同PAN含量GO/PAN薄膜的XRD谱图；e不同温度下热处理nMAG (PAN, 50%)和还原氧化石墨烯的ID/IG值。右上显示了不同PAN含量下1600℃处理的nMAG的ID/IG值。
 
Fig 3. nMAG 的结构和灵活性。a 50 nm 厚 nMAG 的 HR-TEM（横截面，上）和 SEM（表面，下）图像。b–d不同厚度的 nMAG 的横截面和表面 SEM 图像。e不同厚度的 nMAG 的 AB 含量（上）和 50 nm 厚的 nMAG 的拉曼光谱（下）。f GO 的 HR-TEM 图像（上）和 nMAG 的 STM 形貌图像（下）。g用 600 nm 厚的 nMAG 折叠的纸飞机。h重复折叠后 600 nm 厚的 nMAG 的电阻变化。
 
Fig 4. nMAGs 的电气性能和应用。a nMAG 的载流子迁移率和电导率。b不同厚度的 nMAG 的 TCR。c不同厚度的 nMAG 的瞬态吸收动力学（功率密度，1 mW mm -2；泵浦波长，532 nm；探测波长，1.4μm）。d nMAG 的电磁屏蔽机制示意图。e 50、100、240、400 和 600 nm 不同厚度的 nMAG 的 EMI SE。f不同 EMI 材料在 X 波段与厚度的 SSE/t 比较。g nMAG/Si 肖特基二极管的示意图。h I-VnMAG/Si 在不同波长激光照射下的曲线（平均功率密度 40 mW mm. -2）。i 3 µm 波长脉冲激光（200 fs 脉宽）照射下时域 nMAG/Si 的光电流（τ r  = 20 ns 是上升时间，即信号从最低点上升到最高点的时间）。
 
Fig 5.由 200 纳米厚的 nMAG 组装而成的 10 微米厚的 mMAG 的热特性。a GO/PAN 薄膜（每层 400 nm）和 PVA（每层 5-20 nm）逐层组装的示意图，经过 3,000℃热处理后形成 10μm 厚的 mMAG（上）以及预氧化过程中PVA分解示意图（下）；黄色和灰色薄膜为预氧化前后的PAN/GO薄膜，绿色为PVA。b mMAG 的光学图像。c mMAG 表面和横截面的 SEM 图像，显示微褶皱的超低密度。d SAXS 散射图案的方位角 (φ) 图以及 mMAG、GPI 和 GPF 薄膜的相应二维 SAXS 图案（插图）。电子mMAG、GPI 和 GPF 薄膜的热导率和电导率。f 10μm 厚的 GPI、Cu、GPF 和 mMAG 的红外热图像和相应的温度曲线，一侧紧贴恒温加热器。
 
      相关研究工作由浙江大学Chao Gao课题组于2023年在线发表在《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Flexible Large‑Area Graphene Films of 50–600 nm Thickness with High Carrier Mobility。

转自《石墨烯研究》公众号