液态铜上生长石墨烯

液态铜上制备的规则六角石墨烯石墨烯，作为一种完美的二维晶体因其独特的结构引起了科学界的广泛关注。2010年，诺贝尔物理学奖授予了石墨烯的两位发现者：K. S. Novoselov和A. K. Geim，以表彰他们在石墨烯发现方面做出的巨大贡献。在众多的石墨烯制备方法中，化学气相沉积法（CVD）由于成本低、可控性好、可大规模制备等优点近年来掀起了对其的研究热潮。最近，中国科学院化学研究所的研究人员首次以液态铜作为催化剂利用化学气相沉积法成功制备出了高质量、规则排布的六角石墨烯和均匀分散的石墨烯薄膜，相关研究结果发表在近期出版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。 2009年，美国奥斯汀大学Ruoff组利用固体铜箔作为金属催化剂制备出了连续均匀的石墨烯薄膜，迅速引起了科研人员的极大兴趣。相比于传统制备石墨烯的金属催化剂，铜中碳的溶解度极低，因此可以得到单层大面积石墨烯薄膜。但是得到的石墨烯由于受到固态铜催化剂表面不均匀性影响，晶界较多，质量不高，极大地影响了石墨烯的进一步大规模应用。中国科学院化学研究所刘云圻组的科研人员创造性的引入液态铜概念，利用液态铜的良好流动性及均匀性等特点消除了所得石墨烯的晶界，制备出了高质量大面积的单层石墨烯薄膜。另外，研究人员还通过控制生长参数及实验温度等条件，制备了规则排布的六角石墨烯片，单个规则六角石墨烯可以达到100微米以上。文章表明，将反应温度升至铜的熔点1083℃以上，固态铜箔会变成熔融状态即液态铜。在不同的基底上液态铜会显示出不同的状态，在石英基底上，铜熔融后会变成球状，影响石墨烯的大面积生长。通过一系列优化，最终选取了金属钨和钼作为基底，液态铜在两种金属上可以均匀铺展成平面。在此液态铜上，利用化学气相沉积方法制备了均匀分散的高质量石墨烯薄膜。专家表示，该研究组以液态铜代替原有固态铜在化学气相沉积方法下生长石墨烯，标志着石墨烯生长和排列方面取得了重大进展，将极大的促进该领域的深入研究。刘云圻课题组研究人员表示，将会继续以液态铜作为研究体系，探求其在石墨烯质量、尺寸等各方面的特殊作用。（来源：中国科学院化学研究所）