7月20日從中科院獲悉，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員劉立偉課題組和蘇州格瑞豐納米科技有限公司合作，首先對銅襯底進(jìn)行晶向調(diào)控，揭示了氧化層對銅襯底晶向的調(diào)控作用和機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)銅表面氧化層有利于Cu(001)晶向的形成，而用氫氣去除銅表面氧化層后，銅襯底則迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镃u(111)晶向，并利用密度泛函理論計(jì)算揭示了氧對銅襯底晶向轉(zhuǎn)變影響的機(jī)制。該工作揭示了氧氣和氫氣在銅襯底晶向轉(zhuǎn)變中的作用，同時(shí)也有利于單晶化襯底實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯的可控制備。相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》。

基于上述研究成果，該團(tuán)隊(duì)提出了通過構(gòu)建一個(gè)基于分子熱運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)常壓CVD(SAPCVD)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了快速批量制備高質(zhì)量石墨烯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明SAPCVD系統(tǒng)能夠同時(shí)在20層銅襯底上批量化制備光學(xué)均勻的石墨烯，其生長速率達(dá)到1.5?m/s。通過調(diào)控石墨烯和銅襯底的晶格失匹配，石墨烯的晶界密度得到有效抑制，石墨烯的室溫場效應(yīng)遷移率達(dá)到6944cm2V-1s-1，方塊電阻500?/□(圖3)。

相比于傳統(tǒng)低壓流動(dòng)CVD(LPCVD)或者常壓流動(dòng)CVD(APCVD)系統(tǒng)，SAPCVD系統(tǒng)制備石墨烯的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在3點(diǎn)：首先，石墨烯生長氣氛均勻且不受流阻的影響，有利于大批量制備石墨烯；其次，碳源濃度可以在1500%的大窗口下實(shí)現(xiàn)均勻單層石墨烯，更容易獲得光學(xué)均勻的石墨烯薄膜；最后，碳源可以在CVD生長室內(nèi)充分地分解，并且可以有效降低石墨烯制備過程中對真空設(shè)備的依賴，降低了石墨烯的制備成本。該工作提出通過靜態(tài)常壓CVD技術(shù)和Cu(111)單晶疊層襯底技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速批量制備高質(zhì)量石墨烯，加速了石墨烯在柔性電子器件中的應(yīng)用。這一科研成果最近發(fā)表在Small上。

該系列工作得到國家自然科學(xué)基金、江蘇自然科學(xué)基金的大力支持。