擴(kuò)展單晶石墨烯
晶粒在成核、生長(zhǎng)以及聚合的時(shí)候，晶體結(jié)構(gòu)的周期性總是會(huì)被打破，所以我們實(shí)際應(yīng)用的材料一般都是多晶的。對(duì)于三維材料來(lái)說(shuō)，晶粒的尺寸還有它們之間的晶界對(duì)材料本身的物理性質(zhì)有著巨大的影響。例如在金屬中，晶界提高了材料的強(qiáng)度，但對(duì)導(dǎo)電性有著不利影響。
同樣，二維材料，典型的如石墨烯應(yīng)該也存在著類似的情況。一些研究指出采用氣相沉積法在金屬襯底上生長(zhǎng)出的石墨烯就存在不同晶粒間的晶界，而晶界的確會(huì)影響石墨烯的導(dǎo)電性能，那些展現(xiàn)了出色的導(dǎo)電性能的石墨烯基本上都是用天然石墨剝離出來(lái)的。
因此，科學(xué)家追求的是控制石墨烯晶粒的成核和生長(zhǎng)，從而得到大片的單晶石墨烯。美國(guó)休斯頓大學(xué)，德州州立大學(xué)助理教授于慶凱(Qingkai Yu)與普度大學(xué)助理教授陳勇共同領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在《自然—材料(Nature Materials)》上的論文，還有德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校教授Rodney Ruoff科研小組最近發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊(JACS)》的論文都提出了改進(jìn)石墨烯生長(zhǎng)，獲取更大的單晶石墨烯的方法，后者已經(jīng)可以得到幾分之一毫米大小的單晶石墨烯。兩項(xiàng)研究都是用銅作為石墨烯生長(zhǎng)的襯底，于慶凱的研究顯示，銅本身的晶粒間的邊界對(duì)石墨烯晶體的生長(zhǎng)沒(méi)有造成影響。通過(guò)SP2雜化軌道成鍵的碳原子之間結(jié)合力量非常強(qiáng)，克服了襯底金屬的干擾。
Ruoff團(tuán)隊(duì)采用的方法是采用低分壓的甲烷氣體作為原材料，這樣沉積產(chǎn)生的晶核密度低，晶體生長(zhǎng)也比較緩慢，這兩點(diǎn)對(duì)于形成大尺寸的單晶石墨烯都是非常關(guān)鍵的。而于慶凱則采用了半導(dǎo)體工藝中常用的種子方法，在銅襯底上放置好石墨烯晶核，然后生長(zhǎng)出連續(xù)的石墨烯晶體。
石墨烯不是唯一的二維材料，氮化硼、雙硫?qū)倩衔锖屯負(fù)浣^緣體等也都是很有希望的新材料，對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的研究將會(huì)對(duì)二維材料的發(fā)展提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
來(lái)源： 《自然—材料》5月8日論文摘要
