中国单晶石墨烯制备获突破 生产速度提高150倍

设计爱好者

因产量小和成本高等问题，目前资本市场上大热的石墨烯，仍难以大量进入实际应用中。不过，如今中国科学家通过对生产方法的调整和改进，使单晶石墨烯薄膜的生产速度提高了150倍，该研究为石墨烯的大规模应用奠定了基础。

上述技术突破来自北京大学、武汉大学、南方科技大学和香港理工大学的研究团队。该团队的研究论文已于8月份在国际权威杂志《自然》的子刊《自然·纳米技术》上在线发表。

石墨烯（Graphene）是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，被认为是目前世界上上最薄却也是最坚硬的纳米材料，也是目前世上电阻率最小材料。正因具有这些优异性能，可替代传统材料，并能促成众多技术革命，石墨烯被认为具有不可估量的应用前景。

在紫外光臭氧真空型设备前的含有石墨烯的柔性材料和石墨烯粉末。

石墨烯主要有石墨烯薄膜和石墨烯粉体两种，石墨烯粉末主要是掺杂在其他材料中，起到改性的作用，主要应用于新材料领域和能源领域，比如防腐涂料、散热涂料、锂离子电池等。相较于石墨烯粉体，石墨烯薄膜主要用于电子触控以及电子穿戴设备等方面。

目前制备高质量石墨烯薄膜的方法，除了胶带剥离法、碳化硅或金属表面外延生长法外，主要是化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）。化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法，是把一种或几种含有构成薄膜元素的单只、化合物的气体通入放置有基材的反应室中，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。

通常石墨烯通过CVD技术来制备时，一般会选用甲烷等含碳化合物为前驱体，使其在金属等基体（一般为铜箔）表面发生高温分解生成热解碳，通过控制制备反应条件，热解碳重新生长形成石墨烯。CVD技术可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求，但是需要耗费很长的时间。据科技日报报道，制备一块面积为1厘米大小的单晶石墨烯薄膜至少需要一天的时间，十分缓慢。

上述科研团队的研究，就是在石墨烯薄膜生成速度上得到了两个数量级倍数的突破。该研究团队称，能将这一过程从每秒0.4微米加速到每秒60微米，速度提升150倍。而其中的诀窍，就是在参与反应的铜箔上直接加入了少许氧气。

研究人员在与铜基板相距15微米的地方，安置了一个SiO2/Si（SiO2厚度为5纳米)基板，SiO2在超过800℃时可以缓慢释放氧气，通过为参与反应的铜基板连续提供氧，降低碳源的分解能量势垒，将制备速率提升了150倍，石墨烯生成速度可以达到60微米/秒，5秒内可以成功生长尺寸大小为0.3毫米的石墨烯晶粒。

研究人员称，对石墨烯产业而言，该研究意义重大。通过该技术石墨烯的生产将能采用效率更高的卷对卷制程。而产量的增加和成本的下降，会进一步扩大石墨烯的使用范围，刺激其需求量的增长。

目前各国都在积极对石墨烯展开科学研究，以石墨烯为代表的新材料已纳入中国“十三五”国家战略性新兴产业发展规划和“十三五”国家科技创新规划中，欧盟委员会将石墨烯列为仅有的两个“未来新兴技术旗舰项目”之一。同时，科技界的巨头三星和苹果等也在争相研究石墨烯的应用，并在关于石墨烯的专利申请争夺中前仆后继。