上个月，参加了在英国理光竞技场考文垂举办的科学与工业薄膜和涂层技术活动。所提出的研究中有两个项目都将目光集中于用金属氧化物纳米层涂布单层石墨烯。英国克兰菲尔德大学的Adrianus Indrat Aria与来自剑桥大学和工艺创新中心(CPI)的合作者合作，通过使用氧化铝来形成复合阻隔层，而英国伦敦帝国理工学院的Peter Petrov则利用钛酸锶的独特性质来制造可调电容器。

理论上，由于碳原子之间的孔隙比氦原子的半径小，因而石墨烯应该是理想的超薄阻隔层。然而，实际上，晶体边界和缺少原子将会造成蒸气渗透通过材料，且平面之间的弱范德华力意味着蒸气可以穿透多个堆叠的石墨烯层。

Aria报道的解决方案是采用化学气相沉积方法(CVD)来形成单层石墨烯，然后利用原子层沉积(ALD)来涂覆25-50nm厚的氧化铝层。由于材料的超疏水性，很难在单层石墨烯上实现保形涂层。但是，Aria发现，如果在CVD阶段之后立即施加涂层，此时石墨烯-基底复合物仍然是亲水的，或者延长停留时间以实现最佳饱和条件，那么不需要额外的晶种层或石墨烯的预功能化。得到的纳米级复合材料适用于金属钝化，器件封装和透明阻隔膜。

尽管与50nm氧化铝配对的单层石墨烯不能达到OLED封装等高灵敏度应用所需的极端不可渗透性，但是经历了多次CVD-ALD工艺，可以使之达到所需的水蒸气透过率(WVTR)。与目前在电视机和智能手机中使用的毫米级或更厚的层相比，使用这种技术制造的阻隔层厚度仅为几十纳米，其可以呈现适当的低传输速率。

除了作为阻隔材料之外，由于其光电子特性，石墨烯也应用于微电子技术。在这里，ALD氧化铝可用于涂覆和分离多层堆叠器件中的活性石墨烯层。这意味着在制造和加工期间可以保护精细的石墨烯结构，并且其性能随着时间保持稳定。

不可能的外延

Petrov还报道了在石墨烯上以钛酸锶(SrTiO3)为材料的沉积金属氧化物层，它可以用于制造可调电容器。本研究首次揭示了石墨烯上的外延氧化物薄膜转移到SrTiO3和MgO衬底上的生长机制。

Petrov借助反射高能电子衍射（RHEED）辅助脉冲激光沉积，描述了将CVD石墨烯层转移到SrTiO3基底上之后，额外的50nm厚的SrTiO3膜是如何在顶部生长的。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)使得研究人员能够确定石墨烯上的SrTiO3纳米层与下面的基底保持外延关系。单层石墨烯可防止氧化层与衬底之间的电子相互作用，因此上纳米层的外延生长应该是不可能的。

Petrov解释说，这个原因在于石墨烯层的初始局部缺陷(例如晶界)以及将石墨烯保持在SrTiO3衬底上的范德华力的性质。缺陷使得SrTiO3在石墨烯上外延生长。SrTiO3柱的这种生长增加了界面剪应力，导致石墨烯层部分折叠。制造的电容器结构的电气测试表明，尽管有孔和多层贴片，石墨烯层的电特性未受影响。

文章来自nanotechweb网站，原文题目为Metal-oxide coating makes graphene more versatile – news from the Enlighten Conference 2017，由材料科技在线汇总整理。