中國把石墨烯薄膜生成速度提高了150倍 為大規(guī)模應(yīng)用鋪路

因產(chǎn)量小和成本高等問題，目前資本市場上大熱的石墨烯，仍難以大量進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用中。不過，如今中國科學(xué)家通過對生產(chǎn)方法的調(diào)整和改進(jìn)，使單晶石墨烯薄膜的生產(chǎn)速度提高了150倍，該研究為石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

上述技術(shù)突破來自北京大學(xué)、武漢大學(xué)、南方科技大學(xué)和香港理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)的研究論文已于8月份在國際權(quán)威雜志《自然》的子刊《自然˙納米技術(shù)》上在線發(fā)表。

石墨烯（Graphene）是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體，被認(rèn)為是目前世界上上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，也是目前世上電阻率最小材料。正因具有這些優(yōu)異性能，可替代傳統(tǒng)材料，并能促成眾多技術(shù)革命，石墨烯被認(rèn)為具有不可估量的應(yīng)用前景。

在紫外光臭氧真空型設(shè)備前的含有石墨烯的柔性材料和石墨烯粉末。

石墨烯主要有石墨烯薄膜和石墨烯粉體兩種，石墨烯粉末主要是摻雜在其他材料中，起到改性的作用，主要應(yīng)用于新材料領(lǐng)域和能源領(lǐng)域，比如防腐涂料、散熱涂料、鋰離子電池等。相較于石墨烯粉體，石墨烯薄膜主要用于電子觸控以及電子穿戴設(shè)備等方面。

目前制備高質(zhì)量石墨烯薄膜的方法，除了膠帶剝離法、碳化硅或金屬表面外延生長法外，主要是化學(xué)氣相沉積法（ChemicalVaporDeposition，CVD）?；瘜W(xué)氣相沉積是一種制備材料的氣相生長方法，是把一種或幾種含有構(gòu)成薄膜元素的單只、化合物的氣體通入放置有基材的反應(yīng)室中，借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基體表面上沉積固態(tài)薄膜的工藝技術(shù)。

通常石墨烯通過CVD技術(shù)來制備時(shí)，一般會(huì)選用甲烷等含碳化合物為前驅(qū)體，使其在金屬等基體（一般為銅箔）表面發(fā)生高溫分解生成熱解碳，通過控制制備反應(yīng)條件，熱解碳重新生長形成石墨烯。CVD技術(shù)可滿足規(guī)?；苽涓哔|(zhì)量、大面積石墨烯的要求，但是需要耗費(fèi)很長的時(shí)間。據(jù)科技日報(bào)報(bào)道，制備一塊面積為1厘米大小的單晶石墨烯薄膜至少需要一天的時(shí)間，十分緩慢。

上述科研團(tuán)隊(duì)的研究，就是在石墨烯薄膜生成速度上得到了兩個(gè)數(shù)量級倍數(shù)的突破。該研究團(tuán)隊(duì)稱，能將這一過程從每秒0.4微米加速到每秒60微米，速度提升150倍。而其中的訣竅，就是在參與反應(yīng)的銅箔上直接加入了少許氧氣。

研究人員在與銅基板相距15微米的地方，安置了一個(gè)SiO2/Si（SiO2厚度為5納米)基板，SiO2在超過800℃時(shí)可以緩慢釋放氧氣，通過為參與反應(yīng)的銅基板連續(xù)提供氧，降低碳源的分解能量勢壘，將制備速率提升了150倍，石墨烯生成速度可以達(dá)到60微米/秒，5秒內(nèi)可以成功生長尺寸大小為0.3毫米的石墨烯晶粒。

研究人員稱，對石墨烯產(chǎn)業(yè)而言，該研究意義重大。通過該技術(shù)石墨烯的生產(chǎn)將能采用效率更高的卷對卷制程。而產(chǎn)量的增加和成本的下降，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大石墨烯的使用范圍，刺激其需求量的增長。

目前各國都在積極對石墨烯展開科學(xué)研究，以石墨烯為代表的新材料已納入中國“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃中，歐盟委員會(huì)將石墨烯列為僅有的兩個(gè)“未來新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一。同時(shí)，科技界的巨頭三星和蘋果等也在爭相研究石墨烯的應(yīng)用，并在關(guān)于石墨烯的專利申請爭奪中前仆后繼。