近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室固態(tài)量子信息實驗室的博士生蔡偉偉赴美國德克薩斯大學(xué)奧斯丁分校Rodney Ruoff教授的研究小組合作研究期間，在Rodney Ruoff教授和陳東敏研究員的指導(dǎo)下，開發(fā)出一套化學(xué)氣相沉積儀(CVD)。在這套沉積儀的基礎(chǔ)上首次制備出可以媲美HOPG的高品質(zhì)13C同位素合成石墨，其中同位素13C和12C的比例在1%至99.5%可調(diào)。  

    石墨烯(graphene)作為碳家族中又一種新的材料，它是由單層六角元胞(等角六邊形)碳原子組成。這種材料具有豐富而新奇的物理現(xiàn)象。比如，石墨烯是一種零帶隙半金屬/半導(dǎo)體材料，具有比硅高很多的載流子遷移率。近來觀察到的顯著的量子霍爾效應(yīng)證實了，即使在室溫下載流子在這種材料中的平均自由程和相干長度也可以達到微米級。此外，石墨烯還可以被應(yīng)用在復(fù)合材料、電池/超級電容、儲氫材料、場發(fā)射材料以及超靈敏傳感器等領(lǐng)域。因此，眾多科研人員正在研究如何制備和表征其物理、化學(xué)、機械性能。  

    通過各種方法，蔡偉偉及其指導(dǎo)教師還進一步把13C-石墨解離成13C-石墨烯及其衍生物13C-氧化石墨烯。這一新材料的出現(xiàn)為研究石墨烯的物理、化學(xué)性能提供一個新的平臺。例如，通過分析這種材料的二維13C-固相核磁共振譜(2D 13C-Solid State NMR)，他們揭示了爭議已久的氧化石墨烯化學(xué)結(jié)構(gòu)。該研究成果對石墨稀的化學(xué)制備和氧化石墨烯的應(yīng)用具有重大意義。另外，該材料也有助于研究石墨烯中的電輸運性質(zhì)，包括聲子和核自旋對電輸運的影響。目前，進一步的研究正在與物理所極端條件實驗室的合作下展開。