用化學氣相沉積方法(CVD)生長石墨烯，日趨成為制備大面積、高品質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，南京大學物理學院高力波教授團隊領銜的研究團隊，在《自然》雜志發表文章稱，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在機制，有望推廣到新材料、新能源應用等重要研究領域。
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，并沒有完整的對比數據。
因此，如何徹底消除褶皺，并制備出超平滑的石墨烯薄膜，成為提升其品質的重點和難點。
在進行大量實驗后，研究團隊發現，高比例的熱氫氣，會在一定程度上，弱化石墨烯與生長基體之間的耦合作用。
同時，研究人員通過理論模擬發現，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，研究人員推測了質子在穿透石墨烯后，有一定概率會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比，驗證了設想的模型。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，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，尤其是石墨烯轉移過程中的轉移介質PMMA殘留時，還發現其極易清潔。(金鳳 通訊員 吳煜昊)
關鍵詞： 石墨烯薄膜
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