科學家用風將石墨烯「吹出」1 英尺長

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 18 日 13:43 | 分類 材料 , 能源科技 follow us in feedly

美國萊斯大學科學家、新墨西哥州立大學與美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)合作開發一種技術,可將單原子厚的石墨烯單晶不斷增長到前所未有的長度(1 英尺)。透過這種技術,變得無限長的石墨烯將能應用於 roll-to-roll 捲繞對位技術產品。



石墨烯(Graphene)是一種只有單原子厚度的石墨,具有前所未有的強度和高導電性,但它仍還未能大規模生產以超越矽的應用。有沒有一種辦法,可以將石墨烯增長到前所未有的大小?答案是有的,「把它放到風中吹」。

和利用傳統化學氣相沉積法(CVD)來生產石墨烯一樣,研究團隊將碳氫化合物(hydrocarbon)的氣體混合物噴到金屬晶箔上,但這次他們小心控制了分子局部沉積,用緩和的風將碳原子吹向新出現的石墨烯生長前緣。隨著基底移動,碳原子不斷結成石墨烯單晶,最後長度達到 1 英尺(30.48 公分)。

橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory,縮寫 ORNL)解釋,當碳氫化合物接觸熱催化劑晶箔時,它們隨著時間生長成較大區域的碳原子簇,聚結覆蓋整個基底,而在足夠高的溫度下,石墨烯的碳原子可以非晶生長。

而由於氣體混合物的濃度會影響單晶生長速度,因此在單個石墨烯晶體的現有邊緣附近供應化合物,可以比形成新團簇更有效地促進其生長。為了確保最佳增長,有必要創建一道「風」以消除團簇形成,於是團隊在受控的緩和風環境下實驗,讓石墨烯晶體生長速度超過其他晶體,以至於石墨烯即使在多晶襯底上,也可以「選擇進化」成單晶。

這項研究發表在《自然-材料(Nature Materials)》期刊。

(首圖來源:橡樹嶺國家實驗室