擴展單晶石墨烯

　　晶粒在成核、生長(cháng)以及聚合的時(shí)候，晶體結構的周期性總是會(huì )被打破，所以我們實(shí)際應用的材料一般都是多晶的。對于三維材料來(lái)說(shuō)，晶粒的尺寸還有它們之間的晶界對材料本身的物理性質(zhì)有著(zhù)巨大的影響。例如在金屬中，晶界提高了材料的強度，但對導電性有著(zhù)不利影響。

　　同樣，二維材料，典型的如石墨烯應該也存在著(zhù)類(lèi)似的情況。一些研究指出采用氣相沉積法在金屬襯底上生長(cháng)出的石墨烯就存在不同晶粒間的晶界，而晶界的確會(huì )影響石墨烯的導電性能，那些展現了出色的導電性能的石墨烯基本上都是用天然石墨剝離出來(lái)的。

　　因此，科學(xué)家追求的是控制石墨烯晶粒的成核和生長(cháng)，從而得到大片的單晶石墨烯。美國休斯頓大學(xué)，德州州立大學(xué)助理教授于慶凱(Qingkai Yu)與普度大學(xué)助理教授陳勇共同領(lǐng)導的科研小組在《自然—材料(Nature Materials)》上的論文，還有德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校教授Rodney Ruoff科研小組最近發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會(huì )會(huì )刊(JACS)》的論文都提出了改進(jìn)石墨烯生長(cháng)，獲取更大的單晶石墨烯的方法，后者已經(jīng)可以得到幾分之一毫米大小的單晶石墨烯。兩項研究都是用銅作為石墨烯生長(cháng)的襯底，于慶凱的研究顯示，銅本身的晶粒間的邊界對石墨烯晶體的生長(cháng)沒(méi)有造成影響。通過(guò)SP2雜化軌道成鍵的碳原子之間結合力量非常強，克服了襯底金屬的干擾。

　　Ruoff團隊采用的方法是采用低分壓的甲烷氣體作為原材料，這樣沉積產(chǎn)生的晶核密度低，晶體生長(cháng)也比較緩慢，這兩點(diǎn)對于形成大尺寸的單晶石墨烯都是非常關(guān)鍵的。而于慶凱則采用了半導體工藝中常用的種子方法，在銅襯底上放置好石墨烯晶核，然后生長(cháng)出連續的石墨烯晶體。

　　石墨烯不是唯一的二維材料，氮化硼、雙硫屬化合物和拓撲絕緣體等也都是很有希望的新材料，對石墨烯生長(cháng)的研究將會(huì )對二維材料的發(fā)展提供寶貴的經(jīng)驗。

　　來(lái)源： 《自然—材料》5月8日論文摘要