一種綠色環(huán)保、無需轉(zhuǎn)移、且能在較低溫度下制備單層高質(zhì)量石墨烯的方法

一種綠色環(huán)保、無需轉(zhuǎn)移、且能在較低溫度下制備單層高質(zhì)量石墨烯的方法

大面積、高質(zhì)量石墨烯在傳感器和透明導(dǎo)電應(yīng)用方面有著重大需求，而化學(xué)氣相沉積法是一種被廣泛應(yīng)用在金屬催化劑上生長(zhǎng)石墨烯薄膜的方法。然而，由于石墨烯和金屬之間有著不同的熱膨脹系數(shù)（Cu：，graphene：），生長(zhǎng)過程中難免會(huì)產(chǎn)生皺紋和裂縫，降低單層石墨烯的質(zhì)量。近年來，使用等離子體增強(qiáng)技術(shù)（PECVD）可以使甲烷在較低溫度下裂解為碳原子在金屬催化劑上沉降形成石墨烯薄膜，但是石墨烯薄膜表面會(huì)受到等離子的轟擊而產(chǎn)生缺陷和空洞。


中科院寧波材料所表面事業(yè)部功能碳素材料團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種綠色環(huán)保、無需轉(zhuǎn)移、且能在較低溫度下制備單層高質(zhì)量石墨烯的方法，并在表面粗糙不平的透明電極進(jìn)行了應(yīng)用。利用該技術(shù)已獲得可直接在石英片表面生長(zhǎng)的無需轉(zhuǎn)移的高質(zhì)量單層2.5英寸晶圓級(jí)石墨烯薄膜。本方法克服了傳統(tǒng)PECVD法生長(zhǎng)的低質(zhì)量石墨烯的困難，并且生長(zhǎng)溫度為700℃，相對(duì)于傳統(tǒng)溫度降低了250℃，透光率可以達(dá)到96.7%，同時(shí)在毫米級(jí)的凹槽中生長(zhǎng)上了可導(dǎo)電的石墨烯薄膜，這種無需轉(zhuǎn)移的石墨烯有助于推動(dòng)高靈敏度傳感器/探測(cè)器和透明電極的發(fā)展。

與在金屬催化劑上制備并轉(zhuǎn)移的普通工藝方法相比，此方法可在石英片表面與鎳金屬接觸的界面催化原位生長(zhǎng)出石墨烯薄膜，該技術(shù)有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）生長(zhǎng)溫度的降低可以減少預(yù)先鍍?cè)诨迳湘嚹さ膱F(tuán)聚現(xiàn)象；（2）鎳膜具有金屬屏蔽效應(yīng)，生長(zhǎng)在石英和鎳膜之間的石墨烯薄膜能避免等離子刻蝕；（3）可以避免在轉(zhuǎn)移過程中帶來的雜質(zhì)污染和褶皺、裂紋等降低石墨烯質(zhì)量的因素。

目前，相關(guān)工作已在碳材料領(lǐng)域國際著名期刊Carbon（2018，129，456-461）發(fā)表。該研究工作獲得國家自然科學(xué)基金（51422502，51621064，51573201，51501209，and 201675165）、寧波科技重大專項(xiàng)（2014S10001，2016B10038，and 2016S1002），國家“青年千人計(jì)劃”和中科院“百人計(jì)劃”等資助。

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