成果简介
封装对保护石墨烯器件至关重要，但传统整体封装通常会增加笨重的结构并降低其灵活性。六方氮化硼（h-BN）在石墨烯封装方面具有潜力，但由于剥离和转移技术限制，在大面积获取和符合性覆盖方面面临挑战。本文，北京大学与北京石墨烯研究院刘忠范-亓月课题组在《Nat Commun》期刊发表名为“Conformal hexagonal boron nitride encapsulation of graphene-skinned glass fiber fabric for enhanced electrical stability”的论文，研究提通过在玻璃纤维织物中的每根纤维上进行石墨烯化学气相沉积（CVD）生长制备的石墨烯蒙烯玻璃纤维织物（GGFF），具有分级导电网络结构，但压力/变形引起的纤维间接触电阻波动会破坏其电导稳定性。
整体封装无法解决这一问题，因为它无法隔离纤维间的接触。在此，通过CVD在GGFF的每根纤维上生长厚且高质量的h-BN薄膜，实现符合性封装。这解锁了GGFF中的导电网络，稳定了电导性能，同时保持了结构稳定性和柔韧性。此外，这还提高了GGFF对掺杂和氧化的抵抗力，延长了其使用寿命。这种封装策略可广泛应用于其他二维材料和复杂器件结构，促进在严苛环境中实现可靠的纳米电子学。
图文导读
图1: Preparation of graphene-skinned glass fiber fabric (GGFF) and hexagonal boron nitride (h-BN) encapsulated GGFF (h-BN/GGFF).
图2: Mechanical and electrical properties of GGFF and h-BN/GGFF.
图3: h-BN conformal encapsulation unlocking the conductive network in GGFF for enhanced electrical stability.
图4、h-BN encapsulation enhances the electrical stability of GGFF against water vapor doping in atmospheric environment.
图5: Performances of h-BN/GGFF electrothermal device in atmospheric environment.
小结
由结构复杂的石墨烯材料/器件带来的封装挑战，难以通过传统的整体封装策略解决，因为这些策略通常会将整个石墨烯层或器件作为一个整体进行覆盖，这往往导致特征结构特征的丧失，并损害其固有的柔韧性和便携性。GGFF（具有分级和复杂结构的石墨烯纤维）被选为开发适用于结构复杂石墨烯材料/器件的符合性封装策略的代表性平台。本研究中，通过化学气相沉积（CVD）在GGFF中的每根石墨烯覆盖玻璃纤维上原位生长高质量、厚层的h-BN层。该过程因基底的非催化、非金属特性而极具挑战性。这种原位符合性h-BN封装成功解锁了GGFF内的导电网络，显著提升了其在压力/变形条件下的电学稳定性，同时未牺牲织物的内在柔韧性和结构。
此外，h-BN层增强了GGFF在大气环境中抵抗掺杂和氧化的能力，进一步提升了其稳定性和使用寿命。我们强调了对复杂形状二维材料和器件进行符合性封装的必要性，并提出了解决这一挑战的可行方案。所提出的符合性封装技术具有高度通用性，可扩展至多种二维材料和复杂器件架构。通过提供与不规则形状和表面无缝贴合的保护层，该技术可增强器件的robustness，即使在严苛的运行环境中亦然。这种封装策略有望将纳电子学的前沿拓展至更复杂和严苛的应用场景。
文献：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60324-0
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