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如何在液態銅上生長石墨烯?

鉅大LARGE  |  點擊量:3510次  |  2018年07月23日  

石墨烯,作為一種完美的二維晶體因其獨特的結構引起了科學界的廣泛關注。2010年,諾貝爾物理學獎授予了石墨烯的兩位發現者:K.S.Novoselov和A.K.Geim,以表彰他們在石墨烯發現方面做出的巨大貢獻。在眾多的石墨烯制備方法中,化學氣相沉積法(CVD)由于成本低、可控性好、可大規模制備等優點近年來掀起了對其的研究熱潮。最近,中國科學院化學研究所的研究人員首次以液態銅作為催化劑利用化學氣相沉積法成功制備出了高質量、規則排布的六角石墨烯和均勻分散的石墨烯薄膜,相關研究結果發表在近期出版的美國《國家科學院院刊》(PNAS)上。

2009年,美國奧斯汀大學Ruoff組利用固體銅箔作為金屬催化劑制備出了連續均勻的石墨烯薄膜,迅速引起了科研人員的極大興趣。相比于傳統制備石墨烯的金屬催化劑,銅中碳的溶解度極低,因此可以得到單層大面積石墨烯薄膜。但是得到的石墨烯由于受到固態銅催化劑表面不均勻性影響,晶界較多,質量不高,極大地影響了石墨烯的進一步大規模應用。

中國科學院化學研究所劉云圻組的科研人員創造性的引入液態銅概念,利用液態銅的良好流動性及均勻性等特點消除了所得石墨烯的晶界,制備出了高質量大面積的單層石墨烯薄膜。另外,研究人員還通過控制生長參數及實驗溫度等條件,制備了規則排布的六角石墨烯片,單個規則六角石墨烯可以達到100微米以上。

文章表明,將反應溫度升至銅的熔點1083℃以上,固態銅箔會變成熔融狀態即液態銅。在不同的基底上液態銅會顯示出不同的狀態,在石英基底上,銅熔融后會變成球狀,影響石墨烯的大面積生長。通過一系列優化,最終選取了金屬鎢和鉬作為基底,液態銅在兩種金屬上可以均勻鋪展成平面。在此液態銅上,利用化學氣相沉積方法制備了均勻分散的高質量石墨烯薄膜。

專家表示,該研究組以液態銅代替原有固態銅在化學氣相沉積方法下生長石墨烯,標志著石墨烯生長和排列方面取得了重大進展,將極大的促進該領域的深入研究。

劉云圻課題組研究人員表示,將會繼續以液態銅作為研究體系,探求其在石墨烯質量、尺寸等各方面的特殊作用。

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