【据sciencedaily网站2017年7月25日报道】石墨烯在我们所希望的导电性、强度、柔韧性等方面为人所称道，因此它被人们认为是一种最有可能替代硅及其它材料的新兴材料。然而直到现在，它仍迟迟进入不了市场。是什么因素阻碍它不能进入工业生产应用呢？一个因素是目前生产的高质量单晶石墨烯，只能达到几个毫米，最大只有几个厘米的尺寸大小。

最近由基础科学研究所的丁峰(音译)教授及罗德尼.劳夫教授领导的研究团队，和北京大学的刘凯辉(音译)教授及他们的合作者共同发布了，成功合成了大片单层石墨烯晶体的消息。这一成果向成功实现石墨烯的生产,迈出了一大步。在几个小时内完成几个平方厘米的单晶石墨烯片的合成技术经过发展进步，产生出了在仅仅二十几分钟的时间里，能够制造出几近完美(石墨烯层实现99.9%的对齐)5×50cm2的单晶石墨烯的优化方法。而且相较于商用的低质量多晶石墨烯溥膜，生产成本也比较低，用途更多。《科学快报》中有详细介绍，这一方法有望给石墨烯及相关的材料领域的更深入性基础研究，带来刺激作用。这些石墨烯的相关材料领域包括，可应用于未来柔性电路的，与纸相类似并能够形成类似折纸及剪纸效果的大尺寸石墨烯片折叠结构。

蜂窝状的单层碳原子，这种单一构造的整块材料使单晶石墨烯拥有石墨烯所具有独特特性。另一方面，多晶石墨烯是通过随机的石墨烯小岛形成的，所以性能较差。当前科学家能制造出米级的多晶石墨烯和0.01mm2到几个cm2大小的小型单晶石墨烯。以低成本的方式合成出大型单晶石墨烯，一直以来被认为是石墨烯合成领域的关键性课题。

在他们的研究中，石墨烯是在一片通过加热到1030摄氏度而转变形成的5x50cm2单晶铜箔表面进行晶体成长的。由热向冷的变化坡度使人们所说的晶粒边缘向前推移，从而形成完美的单晶体铜。在加热及冷却处理过程中，铜原子在材料内发生迁移，从而排列形成更完美的有序结构。“获得大尺寸单晶石墨烯的秘密就是，以拥有一块完美的单晶铜作为开始的基础。市场上没有大片的单晶铜箔，因此实验室必须自己找到方法去制备它，”多维碳材料中心研究小组的领导人丁峰解释道。

然后，利用另外一种被称之为蒸气沉降的技术，在铜箔表面沉积形成数百万的平行石墨烯小岛。当越来越多的碳原子在铜箔表面沉积时，这些石墨烯小岛就不断增加，直到最后它们结合成为，能够完全覆盖整个铜箔表面的，非常接近完美的单晶石墨烯层。

为了优化这一技术，研究团队不得不考虑解决四个技术性难题：第一，准备大面积的单晶铜箔，第二，使碳原子沿着晶核成长，以实现石墨烯小岛的高度对齐。第三，通过晶体的进一步成长，以实现石墨烯小岛的无缝结合，从而形成单晶结构。第四，实现单晶石墨烯的快速生长。尽管以前有报道解决了上述的一些问题，但这一研究是解决了上述的所有问题，并使米级的单晶石墨烯的合成成为可能。未拼接在一起的石墨烯小岛占比在0.1%以下，因此极大地降低了单晶石墨烯产品的缺陷及晶粒的边际线。

当前的研究成果使单晶石墨烯的尺寸大小只受到铜箔表面积大小的约束，原则上铜箔表面积及石墨烯薄膜大小可以做到无限制。此外考虑到单晶石墨烯合成时间非常短，及相对较低的实验构建费用，单晶(近似单晶体的)石墨烯的价格可能和多晶石墨烯薄膜的价格相差无几。

“许多科学家的梦想是，用这种未来的材料石墨烯取代硅，”丁兴奋地说，“现在我们正在探索单晶石墨烯在哪一种材料表面成长状况最优，及如何利用铜作为其它有用的二维材料的衬底。”

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