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- 發布時間2017-10-19 18:28
- 發布人金彩集(ji)團
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化學氣相沉(chen)積（CVD）是(shi)生(sheng)產石墨烯(xi)最(zui)常(chang)見的(de)方(fang)法，在(zai)世界各地都有多種方(fang)法。但是(shi)目前的(de)工藝需要1000℃以上的(de)高溫，成本(ben)(ben)較高，過程復(fu)雜。來(lai)自日(ri)本(ben)(ben)的(de)一組研究人員利用稀釋的(de)甲烷(wan)蒸氣源和熔融鎵催化劑(ji)，在(zai)溫度低至(zhi)50℃的(de)情況下，創造了一種新的(de)CVD方(fang)法來(lai)生(sheng)長(chang)石墨烯(xi)。
近日，《科(ke)學報告》（Scientific Reports）發表了日本和臺灣的研究團隊創建了一種新的CVD方法，使用稀甲烷蒸氣源和熔融鎵催化劑在低至50°C的溫度下生長石墨烯。該論文題為“Near room temperature chemical vapor deposition of graphene with diluted methane and molten gallium catalyst”。
眾所周知，CVD法是(shi)目前(qian)制備高(gao)質量(liang)單層(ceng)大(da)面積石墨烯薄膜最有效的(de)方(fang)法，但(dan)是(shi)目前(qian)的(de)工藝需要1000℃以上(shang)的(de)高(gao)溫，成(cheng)本較(jiao)高(gao)，過(guo)程復雜。近日，來自日本和(he)臺灣的(de)研究人員(yuan)團隊(dui)創建了一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)CVD方(fang)法，使用稀甲烷(wan)蒸氣源(yuan)和(he)熔融鎵催化劑在低(di)至50°C的(de)溫度下生長石墨烯。
該團隊解(jie)釋說，在硅基電子器(qi)件(jian)中，器(qi)件(jian)能夠經受石墨烯集成(cheng)的最高溫(wen)度(du)閾值約(yue)為400°C。塑料半導體器件在(zai)石墨(mo)烯生長過程中只能承受高達100°C的閾值甚至更低。在(zai)傳統條件下，石墨(mo)烯生長在(zai)1000°C左右，不適合直接集成到這種電(dian)子器件中。
碳源(yuan)的分(fen)解和石墨(mo)烯的生長(chang)過程
這種新方(fang)法(fa)可以打破這種局限，該團(tuan)隊選用熔(rong)融鎵作為催化劑在稀釋甲烷氣氛的幫助下在藍寶石(shi)和(he)聚碳酸酯(zhi)基板上生長CVD石墨烯，所需溫度可以降低到50℃左右。選擇鎵催化劑，因為它是近來石墨烯生長方法中被驗證的催化劑，并且在合成石墨烯之后可以通過氣體射流容易地除去，通過將大氣氣體與氮氣和氬氣混合物混合將甲烷稀釋至5％。
石墨(mo)烯的表(biao)征結果(guo)
研究人員使用拉(la)曼(man)光譜(pu)、掃(sao)描(miao)電子(zi)(zi)顯微鏡和高分辨率(lv)透射電子(zi)(zi)顯微鏡檢查了(le)生長的石墨烯的質量。新(xin)的CVD工藝能夠在近室溫（相對來說）下創造出高質量的石墨烯，石墨烯在50℃和100℃的聚碳酸酯基板上生長到藍寶石襯底上。通過將碳附著到預生長的石墨烯核島的島邊緣上可以實現低溫合成，并且不會損壞基底或周圍組分。預先存在的核島本身通過常規CVD工藝或通過特殊的核轉移技術在低溫下使用12 C和13 C 的混合物生產。
熔(rong)融(rong)(rong)鎵催化劑的(de)(de)(de)(de)存在增強了(le)較(jiao)低溫度(du)下的(de)(de)(de)(de)甲烷(wan)吸收，還發現(xian)鎵的(de)(de)(de)(de)熔(rong)融(rong)(rong)狀態足夠流動以(yi)促(cu)進碳原子的(de)(de)(de)(de)增加的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)運和(he)生長。甲烷(wan)吸收途(tu)徑(jing)也被認(ren)為(wei)是熔(rong)融(rong)(rong)鎵獨特的(de)(de)(de)(de)，因為(wei)當使用其它金屬時，發現(xian)該方法是無效(xiao)的(de)(de)(de)(de)，包(bao)括普通的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)烯催化劑如銅和(he)鎳(nie)。
該研(yan)(yan)究是低溫石墨(mo)烯合成(cheng)技術的重大進展，研(yan)(yan)究人員首次將(jiang)(jiang)石墨(mo)烯直接(jie)生長到塑料基材上。石墨(mo)烯領域的任何人都(dou)將(jiang)(jiang)理(li)解低溫合成(cheng)方(fang)法所具有的潛在意義，并可用于將(jiang)(jiang)來把石墨(mo)烯集(ji)成(cheng)到各種(zhong)電子器件中。相關論文(wen)全文(wen)發表在 Scientific Reports 7, Article number: 12371(2017)（DOI: 10.1038/s41598-017-12380-w）上。
來源：AZoNano、石墨烯資訊
