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实验室可在任意表面绝缘衬底PECVD法制备无需转移单层石墨烯
日期:2018-03-07 字体大小:

      大面积、高质量石墨烯在传感器和透明导电应用方面有着重大需求,而化学气相沉积法是一种被广泛应用在金属催化剂上生长石墨烯薄膜的方法。然而,由于石墨烯和金属之间有着不同的热膨胀系数(Cu:,graphene:),生长过程中难免会产生皱纹和裂缝,降低单层石墨烯的质量。近年来,使用等离子体增强技术(PECVD)可以使甲烷在较低温度下裂解为碳原子在金属催化剂上沉降形成石墨烯薄膜,但是石墨烯薄膜表面会受到等离子的轰击而产生缺陷和空洞。

  中科院宁波材料所表面事业部功能碳素材料团队开发了一种绿色环保、无需转移、且能在较低温度下制备单层高质量石墨烯的方法,并在表面粗糙不平的透明电极进行了应用。利用该技术已获得可直接在石英片表面生长的无需转移的高质量单层2.5英寸晶圆级石墨烯薄膜。本方法克服了传统PECVD法生长的低质量石墨烯的困难,并且生长温度为700℃,相对于传统温度降低了250℃,透光率可以达到96.7%,同时在毫米级的凹槽中生长上了可导电的石墨烯薄膜,这种无需转移的石墨烯有助于推动高灵敏度传感器/探测器和透明电极的发展。

  

无需转移单层石墨烯制备流程示意图及表征

  与在金属催化剂上制备并转移的普通工艺方法相比,此方法可在石英片表面与镍金属接触的界面催化原位生长出石墨烯薄膜,该技术有三个优势:(1)生长温度的降低可以减少预先镀在基板上镍膜的团聚现象;(2)镍膜具有金属屏蔽效应,生长在石英和镍膜之间的石墨烯薄膜能避免等离子刻蚀;(3)可以避免在转移过程中带来的杂质污染和褶皱、裂纹等降低石墨烯质量的因素。  

在毫米级凹槽石英片表面的可导电石墨烯薄膜

  目前,相关工作已在碳材料领域国际著名期刊Carbon(2018,129,456-461)发表。该研究工作获得国家自然科学基金(51422502,51621064,51573201,51501209,and 201675165)、宁波科技重大专项(2014S10001,2016B10038,and 2016S1002),国家“青年千人计划”和中科院“百人计划”等资助。

  (表面工程事业部)

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