中国石墨烯单晶制备获突破 生产速度提高150倍

10月17日从科技部获悉，石墨烯作为一种典型的量子材料，成为凝聚态物理领域的一个非常重要的研究方向，受到国内外工业领域的高度重视。欧盟启动了石墨烯旗舰研究计划，美国、日本、韩国也都加大了石墨烯应用基础研究领域的投入力度。石墨烯作为添加物在新能源、新材料等方面得以应用，但是在光电器件等应用方面进展不大，主要技术瓶颈是现有的大单晶石墨烯生长的方法生长速率低于0.4 μm/s，生长出一片晶元级的样品需要数天时间，难以获得大尺寸的石墨烯单晶。近期，俞大鹏院士带领的 “纳米结构与低维物理”研究团队在大单晶石墨烯的生长方面取得新的重要进展，利用CVD方法在1000 oC左右热解甲烷气体，把多晶铜衬底上石墨烯单晶的生长速度提高了150倍，达到60 μm/s。

这项重大突破的核心是把多晶铜片放置于氧化物衬底上（两者之间的间隙15 μm），氧化物衬底为铜片表面提供连续的活性氧，显著降低了甲烷分解的势垒（从1.57eV降低到0.62eV），能够高效催化铜表面上的反应，提高石墨烯的生长速度。利用这种技术，能够使其在5秒钟内生长出300 μm的石墨烯大单晶畴。该研究结果对于可控、高速生长出更大尺寸的石墨烯单晶提供了必要的科学依据，为突破大尺寸单晶生产技术提供了重要的科学依据，具有重大的科学意义和技术价值。

此项研究成果于2016年8月8日在Nature Nanotechnology上发表。该研究得到了科技部和自然科学基金委的持续资助；该项研究工作也得到了北京“量子物质科学协同创新中心”（2011）、介观物理国家重点实验室、北京大学电子显微镜实验室等单位的大力支持。