[发明专利]一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法

说明书

本发明提供一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法。制备单面选择性亲水石墨烯与单面选择性亲油石墨烯，在空气、己烷、水、四氯化碳构成的气液界面、液液界面自组装制备单层石墨烯薄膜；将量子点、纳米颗粒、纳米片等注入相应溶剂层，慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。本发明所述方法通过配置分层溶液省去了传统的转移步骤，使单分子薄膜免受破坏，适用于硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等，可制备多种石墨烯夹心分子器件，应用潜力巨大。

技术领域

本发明涉及分子器件制备领域，尤其是一种亲油石墨烯与亲水石墨烯在液液界面与气液界面自组装薄膜后免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件的方法。

背景技术

分子器件是纳米科技的核心和基础，指由具有光、电、离子、磁、热、机械和化学反应性能的分子和超分子组装排列而成的有序结构，是在分子或超分子层次上完成信息和能量的检测、转换、传输、存储与处理等功能的化学及物理系统。分子器件需要在分子尺度上对物质进行剪裁与组装，以单个分子、单层膜、纳米棒、纳米球等作为基本结构单元，采用合适的方法构造具有特定功能的结构和器件，这对试验方法提出了很高的要求。

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，被认为是一种未来革命性的材料，是分子器件理想的构筑单元。但是，石墨烯是一种完全由sp²杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集。另外，由于石墨烯即不亲油也不亲水，在普通溶剂中很难溶解，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。因此，如何在分子水平上确定石墨烯基分子器件的结构具有极大挑战。

发明内容

本发明提供一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法。首先，制备单面选择性氧化石墨烯材料，一面具备含氧基团，一面没有含氧基团，即单面选择性亲水石墨烯，利用油胺或油酸对单面选择性氧化石墨烯进行亲油性改性，得到单面选择性亲油石墨烯；然后，利用单面选择性亲水石墨烯的亲水疏水性与单面选择性亲油石墨烯材料的疏油亲油性，在空气、己烷、水、四氯化碳构成的气液界面、液液界面自组装制备单层石墨烯薄膜；其次，将硅量子点、碳纳米管、富勒醇、金属纳米颗粒等分散在己烷、水或四氯化碳溶剂中，通过注射器注入相应溶剂层；最后，慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。

本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯夹心分子器件的构筑方法，包括如下步骤：

(1)运用熔融盐法将无水三氯化铁与石墨混合加热制备二阶石墨插层化合物，采用氧化剂和浓酸对二阶石墨烯插层化合物进行氧化插层，清洗后，加入过量双氧水剥离碳层，得到单面选择性氧化石墨烯；

(2)将单面选择性氧化石墨烯材料超声分散于水与酒精混合溶液中，将油胺或油酸加入，加热并不停搅拌，得到单面选择性亲油石墨烯；

(3)利用己烷、水、四氯化碳其中两种或三种配置分层溶液，将单面选择性亲油石墨烯材料放入己烷和四氯化碳溶剂中，利用其特有的亲油疏油性，疏油面向上接触空气或者水溶液，亲油面向下接触己烷和四氯化碳，单面选择性亲油石墨烯分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；

(4)将单面选择性亲水石墨烯材料放入水中，利用其特有的疏水亲水性，疏水面向上接触空气或者己烷，亲水面在下接触水溶液，单面选择性亲水石墨烯材料分散在气液界面或液液界面，自组装成单层石墨烯薄膜；

(5)将硅量子点、碳纳米管、富勒醇、纳米片、纳米线、金属纳米颗粒等分散在己烷、水或四氯化碳溶剂中，通过注射器注入相应溶剂层；

(6)慢速抽取液体，免转移步骤直接构筑石墨烯夹心分子器件。