在石墨烯制備方面，國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展顯示了化學(xué)氣相沉積（CVD）方法在高質(zhì)量、大面積制備上具有極大的優(yōu)勢(shì)。然而，到目前為止，由于Cu催化劑表面的自限制以及Ni催化劑高的碳溶解度，實(shí)現(xiàn)厚度均勻、層數(shù)可控的大面積高質(zhì)量石墨烯的生長(zhǎng)仍然是石墨烯可控制備中的重大挑戰(zhàn)。

　　傳統(tǒng)的以Ni膜為催化劑的CVD制備石墨烯過(guò)程中，碳源分解、滲碳和石墨烯薄膜形成過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，且冷卻過(guò)程中的晶界碳沉淀導(dǎo)致石墨烯薄膜的高度不均勻，無(wú)法實(shí)現(xiàn)層數(shù)可控制備。中國(guó)科學(xué)院納米器件與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉立偉課題組龔佑品博士等與中科院物理所科研人員合作，提出了一種新的合成技術(shù)，解決了石墨烯層數(shù)可控制備問(wèn)題。他們通過(guò)引入氫氣刻蝕過(guò)程調(diào)節(jié)碳的含量抑制晶界沉淀，并將傳統(tǒng)的CVD分解為CVD滲碳、氫氣刻蝕和冷卻偏析分步過(guò)程，在多晶Ni薄膜表面實(shí)現(xiàn)了晶圓尺寸的層數(shù)可控、厚度均勻的高質(zhì)量石墨烯的偏析生長(zhǎng)（圖1）。通過(guò)改變金屬膜的厚度、氣體滲碳量、氫氣刻蝕量，石墨烯的層數(shù)可以得到精確的控制 (圖2)。

　　研究人員合成的34層石墨烯（CVDSG）的室溫遷移率約為3000 cm2V-1s-1，其層間扭曲的少層石墨烯薄膜具有優(yōu)異的透明導(dǎo)電性能，它在透光率為90%時(shí)的方塊電阻約為100 /。

　　此方法工藝簡(jiǎn)單可控，很有希望成為石墨烯面向應(yīng)用的制備的主流技術(shù)。相關(guān)結(jié)果已發(fā)表在Adv. Funct. Mater（2012,22,31533159）。

　　此項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部項(xiàng)目的大力資助，并得到蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所測(cè)試和加工平臺(tái)的技術(shù)支持。


圖1. 石墨烯的新方法合成示意圖

圖2. 大面積CVDSG的均勻性和層數(shù)可控。a) CVDSG的光學(xué)照片；b,c) CVDSG的I2D/IG和半峰寬的二維拉曼光譜；d) 2英寸的石墨烯薄膜（左插圖）被釋放在氯化鐵水溶液中，并隨后轉(zhuǎn)移到PET柔性襯底上（右插圖）；e) CVDSG的光透過(guò)率；f) 石墨烯Hall器件（插圖）的電學(xué)傳導(dǎo)性能。
來(lái)源蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)