資料圖片  攝影.中國電池網(wǎng)/陳語

石墨烯作為一種特殊的二維材料，在工業(yè)中的大批量生產(chǎn)非常關(guān)鍵。為實現(xiàn)這個目標(biāo)，歐盟石墨烯旗艦計劃的研究者研發(fā)了一種基于化學(xué)氣相沉積過程的新方法。這種方法可使生產(chǎn)出的材料具有較高的質(zhì)量與可擴(kuò)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(xué)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(chǎn)過程中，它還存在著一些缺陷。機(jī)械剝離可以提供最純凈的石墨烯，但在工業(yè)領(lǐng)域中，卻需要更高的可擴(kuò)展性和成本效益。

通過化學(xué)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(zhì)量與數(shù)量上可滿足電子應(yīng)用?；瘜W(xué)氣相沉積法在工業(yè)生產(chǎn)上具有可擴(kuò)展性，但生產(chǎn)出的石墨烯容易被用于去除基底物的化學(xué)試劑污染。并且這種技術(shù)較復(fù)雜且成本昂貴，銅箔與其他材料也不能被再利用，造成浪費(fèi)。

分子間作用力

來自德國亞琛工業(yè)大學(xué)及Jülich研究中心的物理學(xué)家與日本同行共同研發(fā)了一種方法，利用分子間作用力從化學(xué)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(qiáng)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(qiáng)的范德華作用力，化學(xué)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(zhuǎn)到任意一個基底物上。這個過程可以使催化劑銅箔在進(jìn)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(yùn)測量對石墨烯/氮化硼進(jìn)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(fā)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(shè)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(huán)利用。

來自亞琛工業(yè)大學(xué)的Christoph Stampfer說：“化學(xué)氣相沉積法是一項具有高擴(kuò)展性與成本效益的技術(shù)，迄今為止，用這種方法合成的石墨烯在質(zhì)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?，F(xiàn)在情況不同了，我們研發(fā)了一項基于化學(xué)氣相沉積過程的全新制造方法，它可以超高質(zhì)量地合成石墨烯樣品。這種方法原則上適用于工業(yè)范圍內(nèi)的生產(chǎn)，縮小了石墨烯研究與應(yīng)用之間的距離?！?/span>

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(xué)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(huán)利用。

（作者單位：工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作中心 徐媛）