用化學(xué)氣相沉積方法(CVD)生長石墨烯，日趨成為制備大面積、高品質(zhì)單晶晶粒或者薄膜的最主要方法。然而，十多年來，用該方法生長的石墨烯，總是遜色于膠帶剝離法獲得的本征石墨烯片層。1月9日，南京大學(xué)物理學(xué)院高力波教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在《自然》雜志發(fā)表文章稱，他們探索出一種可控生長超平整石墨烯薄膜的方法及其內(nèi)在機(jī)制，有望推廣到新材料、新能源應(yīng)用等重要研究領(lǐng)域。
CVD石墨烯中的褶皺是影響石墨烯物性的重要瓶頸。CVD石墨烯中的褶皺，來源于石墨烯與生長基體的熱漲率差異，石墨烯生長在銅或者鉑等生長基體上，生長溫度多在600度以上，生長完成后降至室溫變引起石墨烯的褶皺。石墨烯中的褶皺，究竟在多大程度上能夠影響其性能，并沒有完整的對(duì)比數(shù)據(jù)。
因此，如何徹底消除褶皺，并制備出超平滑的石墨烯薄膜，成為提升其品質(zhì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
在進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)后，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，高比例的熱氫氣，會(huì)在一定程度上，弱化石墨烯與生長基體之間的耦合作用。
同時(shí)，研究人員通過理論模擬發(fā)現(xiàn)，處在石墨烯與銅基體之間的氫，在大濃度、高溫條件下，可以減弱二者耦合。在熱氫氣的組分中，質(zhì)子和電子，可以自由穿梭于石墨烯的蜂窩狀晶格。
因此，研究人員推測(cè)了質(zhì)子在穿透石墨烯后，有一定概率會(huì)再次與電子組合成氫。為此，課題組通過氫氣、氘氣、氦氣等離子體的作用效果對(duì)比，驗(yàn)證了設(shè)想的模型。他們采用氫氣等離子體處理褶皺化的石墨烯薄膜，并輔以高溫，逐步減弱并徹底消除石墨烯褶皺。如果在生長石墨烯的同時(shí)，引入氫氣等離子體，則生長出來的石墨烯則為完全無褶皺。
由于石墨烯薄膜超平滑，研究人員在清除石墨烯表面其他物質(zhì)，尤其是石墨烯轉(zhuǎn)移過程中的轉(zhuǎn)移介質(zhì)PMMA殘留時(shí)，還發(fā)現(xiàn)其極易清潔。(金鳳 通訊員 吳煜昊)
關(guān)鍵詞： 石墨烯薄膜
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