一种纳米石墨烯磁性调控的方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米石墨烯磁性调控的方法。在该方法中，通过在超高真空环境下共沉积的实验策略，将高纯度的前驱体分子蒸发沉积到干净的单晶基底上。然后将样品进行升温退火处理，实现同种前驱体分子之间以及不同前驱体分子之间发生脱卤以及环化脱氢反应，生成不同磁性基态的纳米石墨烯。该方法可有效调控纳米石墨烯的磁性基态，为制备其它不同磁性基态的结构提供新的路径与方法，具有较高的科研价值和广泛的应用潜力。和广泛的应用潜力。和广泛的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米石墨烯磁性调控的方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，具体地涉及通过共沉积两种前驱体分子的实验策略，实现纳米石墨烯磁性的调控。
[0002]
技术介绍

[0003]碳基纳米材料或者纳米石墨烯 (Nanographene，NG) 的磁性具有更加精细且微弱的自旋轨道作用、以及高的自旋刚度、更高的居里温度和自旋相干长度，可以应用于自旋电子器件当中，因而最近备受瞩目。对于存在成单电子的纳米石墨烯材料，由于成单电子的存在使得有机分子活性提高，提高了直接合成的难度。扫描隧道显微镜可以实现产物原子级精确合成以及表征，利用“在表面上合成”的方法可以在具有催化活性的基底上实现有机磁性分子的合成制备，并结合扫描隧道显微技术对其进行结构观测以及磁性表征。
[0004]从结构方面将纳米石墨烯的磁性产生分为亚晶格失衡和特殊非凯库勒结构。和石墨烯一样，纳米石墨烯中的苯环也是由两套亚晶格组成，当两套亚晶格中的碳原子个数不等时，产生单电子，为体系带来磁性。单电子的数量等于两套亚晶格中碳原子数的差。根据Lieb理论，总自旋量子数S等于二分之两套亚晶格中碳原子个数的差。另一方面，分子轨道理论认为，苯分子中六个碳原子都以sp2杂化的方式成键，六个碳原子之间以sp2杂化轨道形成六个碳碳σ键。碳原子保留一个和这个平面垂直的p
z
轨道，它们彼此平行，这样碳原子的p
z
轨道可以和相邻的碳原子的p
z
轨道平行重叠而形成π键。对于有些纳米石墨烯体系，虽然两套亚晶格中的碳原子数相同，但是π电子网络的拓扑受限，使得并非所有的p
z
轨道都能形成π键，因而杂化成了含有单电子的开壳结构，进而也存在磁性基态。“Clar高脚杯”便是其中一个典型，它的两套亚晶格的个数相等，总自旋量子数S等于0，有趣的是用凯库勒的单双键交替的画法始终无法让其得到全饱和的凯库勒结构，由于其拓扑受限，直接形成含有成单电子的非凯库勒结构。此外，当去画纳米石墨烯的化学结构式时，Clar环的数量越多，芳香性也越高、体系能量更低、结构更稳定，但往往会画出有成单电子的存在。成单电子的存在，使体系活性变高，不稳定。这一对相互矛盾的竞争关系，使得总自旋量子为0的纳米石墨烯需要进一步去判断是否有磁性的存在。
[0005]目前来说，纳米石墨烯的磁性直接取决于前驱体分子，都是前驱体分子在表面上自己环化闭合形成的磁性纳米石墨烯。在有限的前驱体分子使得磁性纳米石墨烯的种类也受到了限制，这一定程度上阻碍了对磁性纳米石墨烯的研究。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种纳米石墨烯磁性调控的方法。具体地，本专利技术利用共沉积的实验策略，将两种高纯度的前驱体分子沉积到金表面上。将所述样品进行两步反应，先升温到脱卤温度后使得样品发生脱卤以及碳碳耦联反应；再进行第二步升温，加热到环化
脱氢的温度使得样品环化脱氢得到纳米石墨烯；本专利技术是通过以下技术方案来实现的：在超高真空环境下，选用前驱体分子9
‑
溴
‑
10
‑
(2,6
‑
二甲基苯)蒽（简称为前驱体分子BDMPA）和10
‑
溴
‑
9,9'
‑
二联蒽（简称为前驱体分子BBA）。将两种前驱体分子共同沉积到室温的干净基底表面，在进行两步加热退火处理，得到磁性的纳米石墨烯。同种前驱体分子BDMPA之间会反应得到无缺陷的纳米石墨烯1a，同种分子BBA之间会反应得到纳米石墨烯2。异种分子BDMPA和BBA之间会反应得到无缺陷的纳米石墨烯3a。此外，在退火过程中，退火速率过快会使得分子BDMPA丢失一个甲基，得到更多磁性基态的纳米石墨烯，例如纳米石墨烯1b和3b。对于纳米石墨烯链，可以通过扫描隧道显微谱来判断是否有磁性，如果有磁性，会在费米面出现近藤共振峰或者在费米面附近出现对称的台阶信号。
[0008]优选地，所述脱卤反应是脱溴反应。
[0009]优选地，所述第一步反应的温度为180℃，保温时间为20分钟，这里也称为“退火处理”。所述第二步反应的温度为300℃，保温时间为20分钟。
[0010]优选地，所述前驱体分子BDMPA的沉积温度为50℃，前驱分子BBA的沉积温度为90℃，时间都为5分钟。
[0011]优选地，所述过快退火速率会使甲基丢失的比例大大提高，例如3℃/min，以适当的退火速率退火可以使得到的纳米石墨烯的甲基丢失和不丢失数量接近，例如6℃/min。
[0012]优选地，选用的基底为金单晶基底。
[0013]在本专利技术的某些实施方案中，所述金单晶基底是通过包括以下步骤的方法制备的：a. 在超高真空腔内，对铜单晶进行氩离子溅射处理以得到铜基底；b. 将所述铜基底加热并保持在500℃，维持10
‑
30分钟。
[0014]优选地，可以在超高真空腔内对金单晶进行多次（例如，3
‑
5次）氩离子溅射处理，从而得到所述金基底。
[0015]附图说明
[0016]以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1示出了根据本专利技术实施的制备方法过程和效果示意图；图2示出了根据本专利技术实施的无缺陷的纳米石墨烯1a的高分辨扫描隧道显微图和扫描隧道显微谱；图3示出了根据本专利技术实施的纳米石墨烯1b的高分辨扫描隧道显微图和扫描隧道显微谱；图4示出了根据本专利技术实施的纳米石墨烯1a和1b的键分辨扫描隧道显微镜图；图5示出了根据本专利技术实施的纳米石墨烯2的高分辨扫描隧道显微镜图和键分辨扫描隧道显微镜图；图6示出了根据本专利技术的实施的纳米石墨烯3a和3b的对比实验结果信息图；
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步详细的描述，给出的实施例仅为阐明
本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。
[0018]试验仪器和设备：低温扫描隧道显微镜：购自德国Omicron公司。
[0019]k
‑
cell分子蒸发源：购自德国Omicron公司。
[0020]氩离子枪：购自德国Omicron公司。
[0021]原料：金单晶：购自MaTecK公司，纯度99.999%。
[0022]实施范例（1）金单晶基底的制备在超高真空腔内用氩离子枪对金单晶进行氩离子溅射处理得到金基底，并将金基底加热并保持在500℃，维持10 分钟，获得干净平整的金单晶基底。
[0023]（2）纳米石墨烯的制备在制备完成金单晶基底后，在超高真空环境下，利用热阻式k
‑
cell分子蒸发源，将两个前驱体分子加热升华成分子束流，加热温度分别为50℃和90℃。将两个分子共同沉积到室温的金单晶基底表面，沉积时间为5分钟。沉积完后，将金单晶基底和基底上的分子以6℃/min的升温速率加热到180℃，保温20分钟，让前驱体分子充分扩散并发生第一步反应；然后以6℃/min的升温速率加热到300℃，保温20分钟，充分进行第二步反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米石墨烯磁性调控的方法，其特征在于：利用共沉积的实验策略，将两种高纯的前驱体分子沉积到金单晶基底表面得到样品，将所述样品进行两步升温，先升温到第一步反应温度，使得含有卤素基团的前驱体分子发生脱卤反应后继而发生碳碳耦联形成聚合物，再对样品进行第二步升温，使得聚合物发生环化脱氢反应得到磁性纳米石墨烯；两种前驱体分子可以在同种之间以及异种之间均发生以上的反应，从而得到不同磁性基态的纳米石墨烯。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢建臣，张辉，蔡金明，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：