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：），生長過程中難免會產(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的無需轉(zhuǎn)移的高質(zhì)量單層2.5英寸晶圓級石墨烯薄膜。本方法克服了傳統(tǒng)PECVD法生長的低質(zhì)量石墨烯的困難，并且生長溫度為700℃，相對于傳統(tǒng)溫度降低了250℃，透光率可以達(dá)到96.7%，同時在毫米級的凹槽中生長上了可導(dǎo)電的石墨烯薄膜，這種無需轉(zhuǎn)移的石墨烯有助于推動高靈敏度傳感器/探測器和透明電極的發(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出石墨烯薄膜，該技術(shù)有三個優(yōu)勢：（1）生長溫度的降低可以減少預(yù)先鍍在基板上鎳膜的團(tuán)聚現(xiàn)象；（2）鎳膜具有金屬屏蔽效應(yīng)，生長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（2014S10001，2016B10038，and 2016S1002），國家“青年千人計劃”和中科院“百人計劃”等資助。

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