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『石墨烯制備』大面積單晶粒石墨烯層的自然生長(zhǎng)

  • 發(fā)布時(shí)間2020-09-18 17:20
  • 發(fā)布人金彩集團(tuán)
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到目前為止，沒(méi)有人能夠生產(chǎn)出沒(méi)有晶粒和縫線的連續(xù)單層石墨烯。一篇國(guó)際合作論文指出，存在一種產(chǎn)生完美的六邊形原子網(wǎng)而沒(méi)有縫合缺陷的方法，自然界在某種條件下組織自身以促進(jìn)'編織'這樣的理想晶格。

一組國(guó)際合作者 在《Advanced Materials》（高級(jí)材料）雜志上發(fā)表了題為《 Large-Area Single-Crystal Graphene via Self-Organization at the Macroscale》（通過(guò)宏觀自組織的大面積單晶石墨烯）的論文。文章指出，石墨烯晶體的單晶生長(zhǎng)可以在較大的（該團(tuán)隊(duì)使用了5x5毫米的襯底）宏觀范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，研究小組表明，在多晶石墨烯薄膜上成核的石墨烯薄片在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生同步，從而最終在宏觀上產(chǎn)生相同的晶體取向。研究小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了石墨烯晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中的自對(duì)準(zhǔn)現(xiàn)象，這一現(xiàn)象以前從未被觀察到。目前，科學(xué)家們還沒(méi)有一個(gè)很好的模型來(lái)說(shuō)明導(dǎo)致這種效應(yīng)的潛在物理機(jī)理。

來(lái)自中國(guó)蘇州大學(xué)的Mark Hermann Rümmeli教授和德國(guó)德累斯頓IFW的Huy Ta Quang博士是CVD合成的大師，同時(shí)還是高質(zhì)量電子顯微鏡的世界領(lǐng)先專(zhuān)家；來(lái)自美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)材料研究所和工程科學(xué)與力學(xué)系的Slava V. Rotkin教授在團(tuán)隊(duì)中負(fù)責(zé)理論。為了發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)，他們必須將幾種很少使用的方法結(jié)合在一起：光學(xué)拉曼顯微鏡和同一樣品的DF-TEM，其中的挑戰(zhàn)是要在一個(gè)非常大的區(qū)域上驗(yàn)證單個(gè)原子厚島的取向區(qū)。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究小組發(fā)現(xiàn)石墨烯島在大面積上自對(duì)準(zhǔn)。后來(lái)，他們證明這不僅僅是一個(gè)“大”區(qū)域，整個(gè)樣本都參與了這種相關(guān)的增長(zhǎng)。然后，他們進(jìn)行了許多詳細(xì)的研究，以證明效果并了解細(xì)節(jié)。

過(guò)去，通過(guò)其他方法可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的單晶生長(zhǎng)，但是都需要昂貴的基板或相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)。為大面積晶體設(shè)計(jì)可靠且廉價(jià)的生長(zhǎng)技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯具有直接的技術(shù)影響。Rotkin說(shuō)：“在所有已經(jīng)達(dá)到原子尺寸極限的現(xiàn)代電子設(shè)備中，可變性是一個(gè)主要問(wèn)題。如果工業(yè)能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯，沒(méi)有顆粒，沒(méi)有堆垛錯(cuò)層，并且沒(méi)有取向錯(cuò)誤，那么這將使石墨烯"神奇材料"在商業(yè)產(chǎn)品中可以接受，甚至對(duì)于從射頻電子產(chǎn)品到柔性顯示器的許多技術(shù)來(lái)說(shuō)都是可取的?！盧otkin也認(rèn)為，將這項(xiàng)技術(shù)放大到晶圓級(jí)，并將其轉(zhuǎn)換為其他2D材料以及能夠完全控制晶體取向的任務(wù)可能需要花費(fèi)數(shù)年的研究時(shí)間。