北大物理學院提高石墨烯單晶的生長速度150倍

【中國化工儀器網 行業動態】受到2010年諾貝爾物理學獎的激發，石墨烯作為一種典型的量子材料不僅成為當今凝聚態物理領域的一個非常重要的研究方向，也同樣引起國內外工業領域的高度重視：歐盟啟動了石墨烯旗艦研究計劃，美國、日本、韓國也都先後加大了石墨烯應用基礎研究領域的投入力度。中國在各地石墨烯研究協會的基礎上成立了石墨烯研究聯盟。目前，全球與石墨烯材料和應用相關的各類公司有上萬家。儘管石墨烯作為添加物在新能源、新材料等方面得以應用，但是在高端光電器件應用等方面依然進展不大，其核心瓶頸是難以獲得大尺寸的石墨烯單晶。現有大單晶石墨烯生長的方法生長速率普遍低於0.4μm/s，需要花費幾天的時間來生長出一片晶元級的樣品。

北大物理學院提高石墨烯單晶的生長速度150倍

最近，由北京大學物理學院俞大鵬院士領導的「納米結構與低維物理」研究團隊的「青年千人計劃」研究員劉開輝等在大單晶石墨烯的生長方面取得了新的重要進展，北京「量子物質科學協同創新中心」（2011）的王恩哥院士直接參与了該研究項目，並且給予了大力的支持。劉開輝研究員帶領研究生與合作者們一起，利用CVD方法在1000oC左右熱解甲烷氣體，把多晶銅襯底上石墨烯單晶的生長速度提高了150倍，達到60μm/s。這項重大突破的核心是把多晶銅片放置於氧化物襯底上（兩者之間的間隙～15μm）。理論模擬計算證明，氧化物襯底能夠為銅片表面提供連續的活性氧，顯著降低了甲烷分解的勢壘（從1.57eV降低到0.62eV），從而能夠高效催化銅表面上的反應，提高石墨烯的生長速度。利用這種技術，他們能夠在5秒鐘內生長出300μm的石墨烯大單晶。該研究結果對於可控、高速生長出大尺寸石墨烯大單晶提供了必要的科學依據，因而具有非常重大的科學意義和技術價值。

該研究成果於2016年8月8日在線發表在Nature Nanotechnology上（Nature Nanotechnology|Advance Online Publication）。博士研究生徐小志為論文第一作者，劉開輝研究員、丁峰教授、彭海琳教授為共同通訊作者；合作單位有香港理工大學、武漢大學和南方科技大學。該研究成果得到了國家自然科學基金委重點項目、優青項目與科技部相關項目的資助。同時，研究工作也得到了北京「量子物質科學協同創新中心」（2011）、介觀物理國家重點實驗室、北京大學電子顯微鏡實驗室等的大力支持。

（原標題：物理學院研究團隊把石墨烯單晶的生長速度提高了150倍）

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