【导言】
二维资料一起的物理特性和重要的运用价值招引了很多研讨者的兴趣，其间大面积、高质量的资料成长是规划运用和产业化的要害，现在已经有研讨组能够成长出较大面积的二硫化钼(MoS2)和充电机充电锂电池单晶石墨烯资料样品，可是其晶体结构的表征依然依赖于传统的选区电子衍射(SAED)和低能电子衍射(LEED)，而选区电子衍射和低能电子衍射在表征大尺度样品时会遇到功率低下的问题，如何高效快速的表征大面积二维资料的晶体结构依然是一个亟待解决的问题。

【效果简介】
清华大学物理系姜开利教授和柳鹏副研讨员(一起通讯作者)的团队开展了一种运用低能电子透射衍射快速表征大面积二维资料晶体结构的办法，该研讨效果以“Low-energy transmission electron diffraction and imaging of large-area graphene”为题于2017年9月1日发表在Science Advances上。该办法是将大面积二维资料转移到超顺排碳纳米管(SACNT)薄膜载网上，运用大束斑(百微米至近厘米) 低能量电子束(200电子伏至几千电子伏)发生电子衍射，得到大面积样品的电子衍射图画。

碳纳米管载网优异的力学特性能够承载大面积二维资料，80%-90%的透明度可保证不会对样品的衍射图画发生影响。尺度可调的束斑使得衍射成像和衍射把戏之间能够自在切换，然后能够对样品的晶体结构快速表征，大大提高了二维资料晶体结构表征的功率。关于大面积多晶样品，这一办法还能够对其晶向散布进行快速表征。研讨团队还在室温环境下调查到了充电机充电锂电池石墨烯资料外表吸附构成的衍射图画，吸附与充电机充电锂电池石墨烯资料的晶向共同，是一种晶格结构与充电机充电锂电池石墨烯资料高度相关的二维吸附，这一发现展现了该办法在研讨二维资料外表吸附方面的巨大潜力。清华大学段文晖、徐勇，山东大学赵明文，清华大学资料学院于荣，北京大学彭练矛等研讨组进行了结构核算和衍射模仿的作业。北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授和刘忠范院士研讨组供给了高质量的大面积充电机充电锂电池单晶石墨烯资料样品，充沛验证了这一试验办法在表征大面积单晶样品时的快速高效的特色；清华大学物理系李群庆研讨组供给了MoS2多晶样品，验证了该试验办法也适用于MoS2等二维资料。

研讨团队还开展了能够完全完成透射衍射和成像功用的小型化设备，该设备结构简略，操作简洁，关于真空体系的要求较低(10-3 Pa)，有望在学术界以及工业界的推行运用。

【图文导读】

图1 低能透射电子衍射体系示意图
图中包括阴极、透镜体系、充电机充电锂电池石墨烯资料样品和荧光屏阳极，还给出了充电机充电锂电池石墨烯资料样品和阳极的正视图，右下角是约1.6cm的碳纳米管/充电机充电锂电池石墨烯资料复合膜(CGF)的相片。

图2 大面积充电机充电锂电池石墨烯资料的透射电子衍射及成像
(A-B)化学气相堆积(CVD)法在铜箔上成长的大面积充电机充电锂电池石墨烯资料，其间用赤色虚线圈标出充电机充电锂电池石墨烯资料岛1和岛2；
(C)图(B)中的充电机充电锂电池石墨烯资料制备的CGF，充电机充电锂电池石墨烯资料岛1和岛2别离用赤色虚线标出；
(D)充电机充电锂电池石墨烯资料岛1在中心光斑处的图画；
(E)充电机充电锂电池石墨烯资料岛1的衍射图画；
(F-I)充电机充电锂电池石墨烯资料岛1不同区域的衍射把戏，图(I)中插图是箭头方向衍射斑驳峰强度图；
(J)充电机充电锂电池石墨烯资料岛2在中心光斑处的图画；
(K)充电机充电锂电池石墨烯资料岛2的衍射图画；
(L-O)充电机充电锂电池石墨烯资料岛2不同区域的衍射把戏。

3 充电机充电锂电池大面积接连多晶石墨烯资料的透射电子衍射及成像
(A)转移到Si基底(有SiO2层)上的充电机充电锂电池大面积接连多晶石墨烯资料的光学相片；
(B)多晶充电机充电锂电池石墨烯资料的SAED(200keV)把戏，选区尺度为100nm；
(C-D)别离是充电机充电锂电池大面积接连多晶石墨烯资料的低能透射电子衍射图画和衍射把戏。

4 单晶和多晶充电机充电锂电池石墨烯资料上吸附的透射电子衍射
(A-D)充电机充电锂电池单晶石墨烯资料上吸附的透射电子衍射把戏及消失进程，图(A)顶用绿色圆圈标出了吸附的一个衍射斑驳；
(E)CGF(经去离子水冲刷)示意图及(F)所对应的有吸附的衍射把戏；
(I)电加热后的CGF及(J)无吸附的衍射把戏；
(M)经喷水处理后的CGF及(N)所对应的有吸附的衍射把戏；
(G、K)别离具有2个和3个晶粒取向的充电机充电锂电池石墨烯资料吸附的透射电子衍射把戏；
(O)充电机充电锂电池石墨烯资料吸附的衍射图画，右上角的插图是充电机充电锂电池石墨烯资料岛在中心斑驳处的图画；
(H) 充电机充电锂电池石墨烯资料上单层(2×2)R0°水吸附的吸附结构的核算结果，灰、红和白色的球别离表明C、O和H原子，一起给出了分子的结合能Eb；
(L) 充电机充电锂电池石墨烯资料上单层(2×2)R0°水吸附模仿衍射把戏，绿色圆圈标出的吸附的(10-10)衍射斑驳；
(P) 充电机充电锂电池石墨烯资料上水吸附链模型，灰、红和白色的球别离代表C、O和H原子，一起标出了3个等价的链的取向。

5 透射电子衍射和成像的小型化设备
(A)小型化设备；
(B) 该设备在正常照度下拍照的多晶充电机充电锂电池石墨烯资料及吸附的透射电子衍射把戏。

【小结】
本文选用低能静电聚焦电子枪和超顺排碳纳米管载网开展了一种大面积二维资料晶体结构快速表征的办法，大大提高了二维资料晶体结构的表征功率，而且在二维资料的弱相互作用研讨中也显示出巨大潜力。运用该原理制作的表征仪器结构简略、操作方便，有望在二维资料的科学研讨和工业化生产中得到广泛运用。