美科学家利用人造金刚石制备出低成本高质量的石墨烯

  石墨烯被称为未来材料之星,多年来,研究人员一直致力于将单原子层厚度的石墨烯运用到先进触摸屏,半导体设备,长寿命电池和下一代太阳能电池中的研究。但是石墨烯自身的独特性能——超高的导电率,导热率和出色的电子迁移率等,只有在其没有缺陷破坏蜂窝状碳骨架前提下才会具备。

  来自美国能源部(DOE)阿贡国家实验室纳米材料中心(CNM)和材料科学部的材料科学家Anirudha Sumant与美国加利福尼亚大学河滨分校的研究人员共同合作发现了一种可以低成本,高纯度制备高质量石墨烯的方法,与现有的方法相对,这种方法的制备时间短,并且可以在较低的温度下进行。阿贡实验室的纳米科学家Subramanian Sankaranarayanan协助研究人员进行石墨烯生长原子水平上的理论探究。

  这项技术需要用到一种由阿贡实验室的研究人员人工合成的超纳米结晶金刚石作为物理基底,在这种金刚石表面上,碳原子能够迅速的组装成石墨烯片层。研究人员表示,通过扫描电镜观察可以发现,与以往的其他技术相比,这种方法生长的石墨烯表面更加平整光滑。目前,研究人员在将石墨烯从基底转移的过程中,会在刻蚀基底的时候引入酸和聚合物等杂质,这会严重影响石墨烯的电学性能,将无法获得石墨烯最原始的独特性能。而该团队能够制备微米尺寸的自支撑单层高结晶的石墨烯,将这种自支撑的高质量石墨烯运用到电子设备中,可以对石墨烯的最原始性能进行更一步的探究。与使用碳化硅基底相比,这种使用金刚石的制备工艺更加低成本,高效率,在不到一分钟的时间内就可以生长出单片层石墨烯,而传统方法则需要数小时。