Small Methods: 衬底工程助力单晶石墨烯的化学气相沉积

石墨烯因其极高的载流子迁移率、高透光性、高强度、高热导率等众多优异的物理化学性质,在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域都有着广阔的应用前景。化学气相沉积(CVD)被认为是合成大面积连续石墨烯薄膜的最有效方法,但是常规CVD方法通常会得到多晶石墨烯薄膜,其中的晶界会显著降低石墨烯的本征性能。因此无晶界的单晶石墨烯的大规模制备对于石墨烯物理/化学性质的研究及其广泛的应用具有非常重要的意义。近年来,单晶衬底的合理设计以用于外延生长大面积高质量的单晶石墨烯薄膜取得了一系列的重大突破,并成为了石墨烯研究领域的一个重要研究方向。

近日,新加坡南洋理工大学黄明博士和陈鹏教授等人对单晶衬底的选择和设计及用于单晶石墨烯的可控合成进行了全面的综述。该综述基于单晶衬底上石墨烯外延生长的策略,分别总结了单晶金属催化基底(Ru, Ir, Pt, Co, Ni, Cu, 等),单晶合金催化基底(Cu/Ni film, Cu/Ni foil, 等)和单晶半导体及绝缘基底(Si, Ge, Al2O3, h-BN, 等)在单晶石墨烯制备中的研究进展,从石墨烯的生长模式/机理和石墨烯质量等方面对不同衬底进行了比较和讨论,并针对不同衬底的特性提出了进一步的优化策略。最后也对衬底设计当前存在的挑战及未来的发展进行了分析和展望。

该综述对于快速生长大面积、层数可控的单晶石墨烯薄膜提供了借鉴,也对未来衬底设计用于外延生长其他单晶二维材料提供了可参考的技术途径。相关论文在线发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.202001213)上。