資料圖片 攝影.中國電池網/陳語
石墨烯作為一種特殊的二維材料，在工業中的大批量生產非常關鍵。為實現這個目標，歐盟石墨烯旗艦計劃的研究者研發了一種基于化學氣相沉積過程的新方法。這種方法可使生產出的材料具有較高的質量與可擴展性，同時也明顯縮小了天然石墨烯與合成石墨烯之間的差別。
從透明膠帶到化學合成
研究人員使用膠帶從大塊石墨中剝離出幾層石墨烯，這種辦法可以吸引公眾的想象力，但在生產過程中，它還存在著一些缺陷。機械剝離可以提供最純凈的石墨烯，但在工業領域中，卻需要更高的可擴展性和成本效益。
通過化學氣相沉積法在銅基底物上合成石墨烯是最常見的辦法，用這種方法在質量與數量上可滿足電子應用。化學氣相沉積法在工業生產上具有可擴展性，但生產出的石墨烯容易被用于去除基底物的化學試劑污染。并且這種技術較復雜且成本昂貴，銅箔與其他材料也不能被再利用，造成浪費。
分子間作用力
來自德國亞琛工業大學及Jülich研究中心的物理學家與日本同行共同研發了一種方法，利用分子間作用力從化學氣相沉積的基底物上剝離石墨烯薄片。此過程的核心為石墨烯與六方氮化硼間較強的范德華作用力，這里的氮化硼是封裝其中的另一種二維材料，范德華力是中性分子間短程電偶極子作用力。
由于石墨烯與氮化硼間較強的范德華作用力，化學氣相沉積法制備的石墨烯可以從銅基底板上分離出，然后轉到任意一個基底物上。這個過程可以使催化劑銅箔在進一步的生長周期中再利用，同時降低了石墨烯的污染。
用拉曼光譜與電子輸運測量對石墨烯/氮化硼進行分析，與剝離法獲得的石墨烯相比，這種方法制備的石墨烯也具有不錯的電子遷移率。此外，還發生了一些使研究人員感到驚訝的事情，在第一個與接下來的幾個生長周期的設備之間，他們沒有檢測到明顯的性能改變。這表明在石墨烯的制造過程中，銅箔可以被循環利用。
來自亞琛工業大學的Christoph Stampfer說：“化學氣相沉積法是一項具有高擴展性與成本效益的技術，迄今為止，用這種方法合成的石墨烯在質量上明顯低于使用膠帶法獲得的石墨烯，尤其涉及到材料的電子性能方面。現在情況不同了，我們研發了一項基于化學氣相沉積過程的全新制造方法，它可以超高質量地合成石墨烯樣品。這種方法原則上適用于工業范圍內的生產，縮小了石墨烯研究與應用之間的距離。”
研究人員展示了這種新方法制備的石墨烯，它在電子性能上可以與具有超高電子遷移率的天然石墨烯相媲美。更重要的是，使用這種方法可以避免化學污染。總的來說，全新的制備方法既保留了天然石墨烯的高電子遷移率，同時使基底物得到了循環利用。
（作者單位：工業和信息化部國際經濟技術合作中心 徐媛）
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