化学气相沉积法生长石墨烯的研究取得了进展

自2004年石墨烯的优异性能和潜在应用被揭示以来，石墨烯已引起科学界和工业界的广泛关注；石墨烯薄膜在柔性透明导电薄膜等领域市场化应用的前提是高质量石墨烯薄膜的大规模可控制备技术，而可控制备技术的建立需要对石墨烯的成核和生长有深入的了解。在CVD法制备石墨烯薄膜中，考虑到碳原子在铜中的溶解度低于镍等其他具有催化性能的金属，铜衬底被广泛用于CVD法制备石墨烯薄膜。然而，在国际实验室制备的石墨烯薄膜的性能差异很大，重复性很低；该小组意识到，铜衬底上石墨烯薄膜的成核和生长机制可能不清楚，控制石墨烯成核和生长的关键因素尚未找到。一个简单但被忽视的问题：如果催化金属（如铜衬底）中存在杂质，石墨烯是否会像研究人员通常认为的那样在纯铜中成核和生长

俄歇电子能谱具有高分辨率，它可以同时测试样品的表面形态和化学成分元素分布。在以往研究和开发的基础上，徐明生博士的研究团队利用扫描俄歇电子能谱研究了石墨烯成核位点的元素分布。他们发现石墨烯核和晶粒中的氧含量远远高于没有石墨烯的铜衬底中的氧含量。为了揭示氧的位置，他们对石墨烯/铜样品中元素的垂直分布进行了表征。研究发现，在石墨烯的制备过程中，氧存在于石墨烯下方，并从铜箔中分离出来。密度泛函理论计算表明，富氧铜基底对碳原子的吸附力比纯铜基底强。他们的结果表明，石墨烯在富氧铜表面而不是纯铜表面成核和生长。这一发现揭示了石墨烯如何在铜衬底上成核，氧对控制石墨烯成核位置的重要性，并为石墨烯薄膜的大规模可控（图案化）生长提供了新的思路和方法𞓜𞓜上述工作的石墨烯薄膜是由团队使用自己的专业设备制备的石墨烯薄膜；俄歇电子能谱测试由国家材料科学研究所（NIMS）的藤田大辅博士和岩井英雄博士支持，并由NIMS团队完成；密度泛函理论的计算由浙江大学化学系刘迎春副教授完成。本研究得到了国家科技部国际科技合作项目、浙江省科技厅、浙江省自然科学基金、教育部新世纪优秀人才计划的支持。中国国家自然科学基金等项目。本作品相关内容已申请国家发明专利。