中國石墨烯單晶製備獲突破 生產速度提高150倍

10月17日從科技部獲悉，石墨烯作為一種典型的量子材料，成為凝聚態物理領域的一個非常重要的研究方向，受到國內外工業領域的高度重視。歐盟啟動了石墨烯旗艦研究計畫，美國、日本、韓國也都加大了石墨烯應用基礎研究領域的投入力度。石墨烯作為添加物在新能源、新材料等方面得以應用，但是在光電器件等應用方面進展不大，主要技術瓶頸是現有的大單晶石墨烯生長的方法生長速率低於0.4 μm/s，生長出一片晶元級的樣品需要數天時間，難以獲得大尺寸的石墨烯單晶。近期，俞大鵬院士帶領的 “納米結構與低維物理”研究團隊在大單晶石墨烯的生長方面取得新的重要進展，利用CVD方法在1000 oC左右熱解甲烷氣體，把多晶銅襯底上石墨烯單晶的生長速度提高了150倍，達到60 μm/s。

這項重大突破的核心是把多晶銅片放置於氧化物襯底上（兩者之間的間隙15 μm），氧化物襯底為銅片表面提供連續的活性氧，顯著降低了甲烷分解的勢壘（從1.57eV降低到0.62eV），能夠高效催化銅表面上的反應，提高石墨烯的生長速度。利用這種技術，能夠使其在5秒鐘內生長出300 μm的石墨烯大單晶疇。該研究結果對於可控、高速生長出更大尺寸的石墨烯單晶提供了必要的科學依據，為突破大尺寸單晶生產技術提供了重要的科學依據，具有重大的科學意義和技術價值。

此項研究成果於2016年8月8日在Nature Nanotechnology上發表。該研究得到了科技部和自然科學基金委的持續資助；該項研究工作也得到了北京“量子物質科學協同創新中心”（2011）、介觀物理國家重點實驗室、北京大學電子顯微鏡實驗室等單位的大力支持。