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新技術(shù)讓單晶石墨烯薄膜生產(chǎn)速度提高150倍

中國(guó)科學(xué)家在《自然·納米技術(shù)》雜志上發(fā)表論文稱，他們?cè)趩尉┲苽渖先〉昧艘豁?xiàng)突破。通過(guò)對(duì)化學(xué)氣相沉積法(CVD)的調(diào)整和改進(jìn)，他們將石墨烯薄膜生產(chǎn)的速度提高了150倍。新研究為石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體材料，在電、光、機(jī)械強(qiáng)度上的優(yōu)異特性，使其在電子學(xué)、太陽(yáng)能電池、傳感器等領(lǐng)域有著眾多潛在應(yīng)用。雖然需求巨大，但其制備速度緩慢，利用率一直徘徊在25%左右，成為制約其進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的瓶頸之一。目前制備高質(zhì)量石墨烯的方法，除膠帶剝離法、碳化硅或金屬表面外延生長(zhǎng)法外，主要是化學(xué)氣相沉積法。但通過(guò)CVD技術(shù)生產(chǎn)單晶石墨烯薄膜仍然需要耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，制備一塊厘米見方的單晶石墨烯薄膜至少需要一天的時(shí)間，十分緩慢。
在新的研究中，中國(guó)北京大學(xué)和香港理工大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，能將這一過(guò)程從每秒0.4微米加速到每秒60微米，速度提升150倍。而其中的訣竅，就是在參與反應(yīng)的銅箔上直接加入了少許氧氣。
研究人員表示，氧化物基板會(huì)在化學(xué)氣相沉積過(guò)程中高達(dá)800攝氏度的高溫中釋放出氧氣。氧氣的連續(xù)供應(yīng)提高了石墨烯的生長(zhǎng)速率。他們通過(guò)電子能譜分析證實(shí)了這一點(diǎn)，但測(cè)量表明，氧氣雖然被釋放，然而總量很小。研究人員解釋說(shuō)，這可能與氧化物基板與銅箔之間非常狹小的空間產(chǎn)生了俘獲效應(yīng)，從而提高了氧氣的利用效率有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員能在短短5秒的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出0.3毫米的單晶石墨烯。
研究人員稱，對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)而言，該研究意義重大。通過(guò)該技術(shù)石墨烯的生產(chǎn)將能采用效率更高的卷對(duì)卷制程。而產(chǎn)量的增加和成本的下降，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大石墨烯的使用范圍，刺激其需求量的增長(zhǎng)。

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