最新Nature：无氧化学气相沉积法合成可再生石墨烯-石墨烯产业专题

最新Nature：无氧化学气相沉积法合成可再生石墨烯

时间:2024-06-02 作者: 来源:材料牛（石墨烯）

最新Nature：无氧化学气相沉积法合成可再生石墨烯

温华

一、【科学背景】

自首次在Cu上实现CVD石墨烯生长以来，人们在该过程的理解、控制和放大方面取得了许多进展。精细结构研究通过同位素标记和原位监测等技术提供了对生长过程的理解，并证明了对成核密度和生长速率等关键因素的控制。该工艺的初步展示引起了人们的极大兴趣，作为放大制造的途径，随后的进展包括卷对卷加工的发展、晶体衬底上的外延生长、原位Cu沉积和褶皱/褶皱的控制。

尽管取得了许多进展，但仍然缺乏对CVD生长过程的基本理解和控制。例如，虽然实验上已经确定了生长速率随CH4浓度的增加而增加，随H2浓度的增加而降低，但目前还没有一个公认的生长动力学定量模型可以用来指导合成。同样，影响石墨烯质量的基本过程仍然不清楚。化学气相沉积(CVD)法在铜上合成石墨烯自首次演示以来得到了广泛的应用。然而，CVD生长石墨烯在基础科学和应用中的广泛使用受到了可重复性和质量方面的挑战。

二、【科学贡献】

近日，美国哥伦比亚大学的James Hone、Katayun Barmak课题组、加拿大蒙特利尔大学Richard Martel课题组合作，在最新Nature上发表了题为“Reproducible graphene synthesis by oxygen-free chemical vapour deposition”的论文。该项研究确定了微量氧是决定低压CVD生长石墨烯生长轨迹和质量的关键因素。无氧化学气相沉积(OF-CVD)合成具有快速和高重现性，其动力学可以用一个紧凑的模型来描述，而添加微量氧气会导致成核受到抑制和生长缓慢/不完全。氧气通过表面污染、拉曼D峰的出现和电导率的降低来影响石墨烯的质量。在无氧条件下生长的外延石墨烯是无污染的，没有可探测的D峰。经过干法转移和氮化硼封装后，其表现出接近于剥离石墨烯的室温电输运行为。通过突出消除微量氧的重要性，本工作为未来CVD系统设计和运行提供了指导。OF-CVD合成的可重复性和质量的提高将对石墨烯的基础研究和应用产生广泛的影响。