【石墨烯概念】石墨烯生产速率提高150倍

近日媒体报道由国内学者的开发新的化学气相沉积法cvd制备石墨烯材料速率得到显著改善:

中国科学家在《自然·纳米技术》杂志上发表论文称,他们在单晶石墨烯制备上取得了一项突破。通过对化学气相沉积法(CVD)的调整和改进,他们将石墨烯生产的速度提高了150倍。新研究为石墨烯的大规模应用奠定了基础。石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体材料,在电、光、机械强度上的优异特性,使其在电子学、太阳能电池、传感器等领域有着众多潜在应用。虽然需求巨大,但其制备速度缓慢,利用率一直徘徊在25%左右,成为制约其进入实际应用的瓶颈之一。

石墨烯制备速率提高

目前制备高质量石墨烯的方法,除胶带剥离法、碳化硅或金属表面外延生长法外,主要是化学气相沉积法。但通过CVD技术生产单晶石墨烯薄膜仍然需要耗费很长的时间,制备一块厘米见方的单晶石墨烯薄膜至少需要一天的时间,十分缓慢。

在新的研究中,中国北京大学和香港理工大学的研究人员开发出一种新技术,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。

研究人员表示,氧化物基板会在化学气相沉积过程中高达800摄氏度的高温中释放出氧气。氧气的连续供应提高了石墨烯的生长速率。他们通过电子能谱分析证实了这一点,但测量表明,氧气虽然被释放,然而总量很小。研究人员解释说,这可能与氧化物基板与铜箔之间非常狭小的空间产生了俘获效应,从而提高了氧气的利用效率有关。在实验中,研究人员能在短短5秒的时间内生产出0.3毫米的单晶石墨烯。

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。(本文转自科技日报,仅供参考学习)

参考文献:Ultrafast growth of single-crystal graphene assisted by a continuous oxygen supply,Nature Nanotechnology (2016) doi:10.1038/nnano.2016.132,

Graphene has a range of unique physical properties1, 2 and could be of use in the development of a variety of electronic, photonic and photovoltaic devices3, 4, 5. For most applications, large-area high-quality graphene films are required and chemical vapour deposition (CVD) synthesis of graphene on copper surfaces has been of particular interest due to its simplicity and cost effectiveness6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15. However, the rates of growth for graphene by CVD on copper are less than 0.4 μm s–1, and therefore the synthesis of large, single-crystal graphene domains takes at least a few hours. Here, we show that single-crystal graphene can be grown on copper foils with a growth rate of 60 μm s–1. Our high growth rate is achieved by placing the copper foil above an oxide substrate with a gap of ∼15 μm between them. The oxide substrate provides a continuous supply of oxygen to the surface of the copper catalyst during the CVD growth, which significantly lowers the energy barrier to the decomposition of the carbon feedstock and increases the growth rate. With this approach, we are able to grow single-crystal graphene domains with a lateral size of 0.3 mm in just 5 s.

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