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只需5分钟就能形成几cm见方的高品质石墨烯技术

导读: 美国加州理工学院的研究人员开发出了室温下只需5分钟就能在铜(Cu)箔上形成几cm见方高品质石墨烯的技术,并在学术杂志“Nature Communications”上发表了论文。这项技术可能会给太阳能电池、显示器的的透明电极、燃料电池的氢离子渗透膜、高品质隔离膜以及柔性电子整体带来很大的影响。

  美国加州理工学院(California Institute of Technology,简称Caltech)的研究人员开发出了室温下只需5分钟就能在铜(Cu)箔上形成几cm见方高品质石墨烯的技术,并在学术杂志“Nature Communications”上发表了论文。这项技术可能会给太阳能电池、显示器的的透明电极、燃料电池的氢离子渗透膜、高品质隔离膜以及柔性电子整体带来很大的影响。

  此前主要有两种方法可以获得高品质的石墨烯。一种是将胶带贴在石墨上再揭下来,从而将石墨烯剥下来的“机械剥离法”。不过,这种方法难以实现量产,所获得的石墨烯尺寸较小,直径还不到1mm。

  另一种方法是化学气相沉积(CVD)法,具体是将铜箔加热至1000℃左右,向其中加入甲烷(CH4)等碳源后形成石墨烯。这种方法虽然能够获得直径在1cm左右的高品质石墨烯,但需要高温且复杂的工艺,而且需要花费约10个小时。

  此次的技术是CVD法的一种,工艺温度为室温,而且只需约5分钟就能形成几cm见方的高品质石墨烯。具体方法是首先用氢等离子体来清洁铜箔的表面。然后,向其中加入碳源。

只需5分钟就能形成几cm见方的高品质石墨烯技术

  由此获得的石墨烯面积大、而且缺陷非常少,其载流子迁移率在合成制作的石墨烯中属于最高水平。

  此次技术能够获得高品质石墨烯的理由主要有三个。第一个理由是由氢等离子体将铜箔上的氧化铜还原并去除掉。据Caltech科研人员(Staff Scientist)David Boyd介绍,因实验差错在过度加热的铜箔上形成了高品质的石墨烯,由此才发现了此次的工艺。

  第二个理由是氢等离子体与CVD真空腔内残留的氮气发生反应,形成了化学活性较高的分子——氰自由基(Cyano Radical),可以彻底地清洁铜箔。

  第三个理由是由于采用室温工艺,铜箔没有出现膨胀收缩。如果是采用高温工艺的CVD法,在降温过程中,铜箔以及配备铜箔的基板无可避免地会出现收缩。此时,好不容易形成的高品质石墨烯也会出现缺陷。一直采用室温的话,就不会出现这些问题。

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