石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的二維納米材料，它于2004年被英國科學(xué)家Geim和Novoselov首次發(fā)現(xiàn)，兩位科學(xué)家因此被授予2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯具有超高的載流子濃度和電子遷移率，并且電子穿過石墨烯幾乎沒有任何阻力，能耗極少，因此由石墨烯加工而成的納米器件具備非凡的性能，并迅速成為當(dāng)前科技界的研究熱點(diǎn)。
由于石墨烯的物理特性與其幾何構(gòu)型密切相關(guān)，因此石墨烯的可控裁剪技術(shù)是推進(jìn)石墨烯器件化并走入實(shí)用化的基本前提。目前科學(xué)界已經(jīng)發(fā)展出了多種石墨烯剪裁方法，但是這些方法多以開環(huán)模式為主，缺乏必要的信息反饋及精確控制，阻礙著可重復(fù)、可控高精度石墨烯幾何構(gòu)型加工的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)該問題，機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納米課題組與金屬所碳材料研究部開展合作研究，以碳材料研究部所提供的石墨烯樣品為基礎(chǔ)，開展了基于納米操作機(jī)器人的石墨烯可控加工研究。
此次《應(yīng)用物理快報(bào)》封面顯示的是利用納米操作機(jī)器人批量化加工石墨烯器件的示意圖。該研究表明，由于石墨烯晶格結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，當(dāng)探針沿著不同晶格方向(zigzag或者armchair)進(jìn)行切割時(shí)，將感受到不同的切割力，這一發(fā)現(xiàn)為建立基于納米力反饋的石墨烯切割方法奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)晶格精度的石墨烯裁剪提供了可行技術(shù)途徑，并將使石墨烯納米器件批量化加工成為可能，將極大促進(jìn)納米制造的發(fā)展進(jìn)程。
自2009年開展此方向以來，研究團(tuán)隊(duì)一直致力于納米操作機(jī)器人在石墨烯加工改性方面的創(chuàng)新性研究，在石墨烯可控裝配方法、大氣環(huán)境下石墨烯原子精度觀測(cè)技術(shù)、石墨烯晶向快速識(shí)別技術(shù)以及石墨烯缺陷改性方法等方面取得了一些重要原創(chuàng)性成果，為納米操作機(jī)器人在石墨烯納米加工制造領(lǐng)域開辟了新的道路。
本研究的相關(guān)成果已陸續(xù)發(fā)表在AppliedPhysicsLetters、JournalofAppliedPhysics、ACTAPHYS.SIN.、SCIENCECHINA、IEEE-NANO、3M-Nano等國際權(quán)威知名期刊和國際會(huì)議上，并申請(qǐng)了相關(guān)發(fā)明專利。
該研究受到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院和機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。
