2月28日，《自然—通訊》雜志在線發(fā)表了中科院金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室成會(huì)明、任文才團(tuán)隊(duì)在石墨烯制備方面取得的一項(xiàng)新突破，他們通過(guò)金屬外延生長(zhǎng)方法，制備出了具有非常優(yōu)異場(chǎng)發(fā)射效應(yīng)的毫米級(jí)單晶石墨烯及其薄膜。
石墨烯優(yōu)異的電、光、強(qiáng)度等眾多優(yōu)異性質(zhì)使其在電子學(xué)、自旋電子學(xué)、光電子學(xué)、太陽(yáng)能電池、傳感器等領(lǐng)域有著重要的潛在應(yīng)用，但大規(guī)模高質(zhì)量制備技術(shù)是制約其進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的瓶頸之一。
目前制備高質(zhì)量石墨烯的方法，有膠帶剝離法、碳化硅或金屬表面外延生長(zhǎng)法和化學(xué)氣相沉積法(CVD)，前兩種方法效率低，不適于大量制備。而迄今由CVD法制備的石墨烯，一般是由納米級(jí)到微米級(jí)尺寸的石墨烯晶疇拼接而成的多晶材料。
對(duì)于以金屬基體生長(zhǎng)的石墨烯，通常以腐蝕金屬基體的方法來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，不僅存在金屬殘存、轉(zhuǎn)移過(guò)程破壞石墨烯結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，而且污染環(huán)境、成本高、不適合貴金屬基體。
成會(huì)明等采用貴金屬鉑生長(zhǎng)基體，以低濃度甲烷和高濃度氫氣通過(guò)常壓CVD法，成功制備出了毫米級(jí)六邊形單晶石墨烯及其構(gòu)成的石墨烯薄膜。通過(guò)該研究組發(fā)明的電化學(xué)氣體插層鼓泡法，可將鉑上生長(zhǎng)的石墨烯薄膜無(wú)損轉(zhuǎn)移到任意基體上。
該方法操作簡(jiǎn)便、速度快、無(wú)污染，并且適于釕、銥等貴金屬以及銅、鎳等常用金屬上生長(zhǎng)的石墨烯的轉(zhuǎn)移，金屬基體可重復(fù)使用，可作為一種低成本、快速轉(zhuǎn)移高質(zhì)量石墨烯的普適方法。
該方法轉(zhuǎn)移的單晶石墨烯具有很高的質(zhì)量，將其轉(zhuǎn)移到Si/SiO2基體上制成場(chǎng)效應(yīng)晶體管，測(cè)量顯示該單晶石墨烯室溫下的載流子遷移率可達(dá)7100 cm2 V-1 s-1。
金屬基體上大尺寸單晶石墨烯及其薄膜的多次重復(fù)生長(zhǎng)，為石墨烯基本物性的研究及其在高性能納電子器件、透明導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用奠定了材料基礎(chǔ)。