自組裝線結(jié)構(gòu)由材料成分的核和外殼組成，這是未來先進(jìn)電子設(shè)備應(yīng)具備的特質(zhì)。納米線作為一種半導(dǎo)體材料的納米級微型導(dǎo)線，在晶體管、太陽能、傳感器等方面有著潛力巨大的應(yīng)用前景。         納米線是未來納米設(shè)備最重要的基礎(chǔ)材料，根據(jù)生長納米線的襯底材料，不同納米線產(chǎn)品可應(yīng)用在各種功能性電子產(chǎn)品中。

        近日，Xiuling Li教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)利用一種“范德華外延”的方法，在半導(dǎo)體襯底材料上（諸如硅等）自下而上地生長納米線。此類納米線由一種III-V材料的物質(zhì)制成，這類物質(zhì)材料可用于光學(xué)設(shè)備，諸如太陽能電池和激光。

        工作人員之前曾試驗(yàn)過在硅基上生長III-V納米線，但經(jīng)常受硅的缺陷影響而實(shí)驗(yàn)效果不太理想?，F(xiàn)在，研究者嘗試在石墨烯片上研制銦鎵砷化物納米線，借此利用石墨烯這種碳的單原子厚度材料優(yōu)越的機(jī)械性能和傳導(dǎo)性能。

        相比于堅(jiān)硬且易碎的硅，石墨烯更加纖薄柔軟；而且由于其良好的傳導(dǎo)性，石墨烯能使納米線直接通電。此外，石墨烯成本低廉，從一塊石墨上進(jìn)行剝落處理或碳?xì)怏w合成即可。

        Mohseni說：利用石墨烯來生長納米線的一個原因就是為了不再選用那些又厚又貴的襯底材料。一塊普通的太陽能電池，其制造成本將近有80%都耗在了襯底材料上。因此，質(zhì)美價廉的石墨烯就成了科研利用的最佳對象。不僅如此，石墨烯做襯底還會更多地增加一些普通襯底材料所不具備的功能。

        工作人員將銦、鎵、砷混合氣體抽取到放置有石墨烯片的容器內(nèi)，石墨烯表面便開始了垂直方向的納米線自行組裝生長，其形狀好似一片茂密的地毯。同時，實(shí)驗(yàn)對照組還利用同樣的方法但只用了兩種氣體來生長納米線。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于石墨烯的InGaAs（銦鎵砷）納米線能自行分離出InGaAs核和InGaAs外殼。

        “這可是之前沒預(yù)料到的一個現(xiàn)象”，Li教授說，很多設(shè)備都需要一個類似核殼的結(jié)構(gòu)；通常情況下，在一定條件中生長出核之后還要改變這些既定條件，再去生長外部的殼；而基于石墨烯襯底材料的納米線能夠自行完成核殼生長，一步完事。此外，由于是自行生長，核與殼的界面分離十分完美。

        那么，這種自行核殼生長究竟是緣于何呢？經(jīng)過研究，工作人員發(fā)現(xiàn)，銦砷晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的原子間距和石墨烯結(jié)構(gòu)內(nèi)部的碳原子間距相當(dāng)。因此，當(dāng)銦、鎵、砷混合氣體被吸入容器后，結(jié)晶成核過程變開始。銦砷近乎完美的沉積在石墨烯表面而鎵則沉積在形成的納米線表面。這種現(xiàn)象是研究者們不曾預(yù)料到的；因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，范德華外延法生長出的材料晶體是不和襯底發(fā)生反應(yīng)的。

        此外，通過調(diào)整銦和鎵在半導(dǎo)體材料制造過程中的比例，研究者可以使納米線的光學(xué)性能、傳導(dǎo)性能得到合理的協(xié)調(diào)配置。

        下一步，Li教授的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃利用他們研制出的新型石墨烯生長納米線來制造太陽能電池和其他電子設(shè)備。

        該研究得到美國國家科學(xué)基金會和美國能源部的支持，發(fā)表在Nano Letters上。（編譯自"Nanowires Grown On Graphene Have Surprising Structure"  翻譯：王現(xiàn)）