在石墨烯制備方面，國內(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。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制備石墨烯過程中，碳源分解、滲碳和石墨烯薄膜形成過程同時進(jìn)行，且冷卻過程中的晶界碳沉淀導(dǎo)致石墨烯薄膜的高度不均勻，無法實現(xiàn)層數(shù)可控制備。中國科學(xué)院納米器件與應(yīng)用重點實驗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)可控制備問題。他們通過引入氫氣刻蝕過程調(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程，在多晶Ni薄膜表面實現(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（圖1）。通過改變金屬膜的厚度、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%時的方塊電阻約為100 /。

　　此方法工藝簡單可控，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）。

　　此項工作得到了國家自然科學(xué)基金委和科技部項目的大力資助，并得到蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所測試和加工平臺的技術(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的光透過率；f) 石墨烯Hall器件（插圖）的電學(xué)傳導(dǎo)性能。
來源蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)