Advanced Materials:单晶石墨烯薄膜的可控制备

作为21世纪的明星材料,石墨烯具有独特的原子结构和优异的物理化学性质,在电子器件、透明导电薄膜、太阳能电池、分离膜和透射电镜成像等领域表现出巨大的应用前景,受到了人们的广泛关注。化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)因具备生长的石墨烯薄膜质量高,可控性好和可放量等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯薄膜的首选。目前,CVD石墨烯的质量与理论值相比仍有不足。其中一个重要的原因在于,CVD制备石墨烯的过程中,不同取向的石墨烯畴区拼接会形成晶界,晶界作为一种线缺陷,会明显降低石墨烯的本征性质,从而影响石墨烯后续的应用。因此,减少石墨烯的晶界密度,制备单晶石墨烯薄膜是近十年以来人们一直关注的重点。

北京大学刘忠范-彭海琳课题组对CVD单晶石墨烯薄膜的可控制备进行了综述,系统梳理了这一领域的主要研究成果。首先,该团队对CVD石墨烯的生长机理和成核步骤进行了详细的分析。随后,他们根据CVD单晶石墨烯制备的两种策略,单晶种和多晶种法,分别阐述了两种策略的生长方法、调控机理以及关键参数。对于单晶种法,他们分成“控制活性位点”和“控制碳源供给”两个方面总结了目前控制石墨烯成核密度的工作。对于多晶种法,他们从“石墨烯畴区取向与基底的关系”、“单晶基底的制备”和“石墨烯畴区的无缝拼接”三个方面阐述了通过取向控制使得石墨烯畴区完美拼接形成单晶薄膜的主要工作。最后,他们对比了单晶种和多晶种两种单晶石墨烯薄膜制备策略的优缺点,并对未来高质量单晶石墨烯薄膜的批量制备和杀手锏级应用进行了展望。

相关结果以“Controlled Growth of Single‐Crystal Graphene Films”为题,在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201903266 )上。