通過改進 單晶石墨烯薄膜生產速度能提高150倍

通過改進 單晶石墨烯薄膜生產速度能提高150倍

科學家在《自然·奈米技術》雜誌上發表論文稱,他們在單晶石墨烯製備上取得了一項突破。通過對化學氣相沉積法(CVD)的調整和改進,他們將石墨烯薄膜生產的速度提高了150倍。

新研究為石墨烯的大規模應用奠定了基礎。石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體材料,在電、光、機械強度上的優異特性,使其在電子學、太陽能電池、傳感器等領域有著眾多潛在應用。

雖然需求巨大,但其製備速度緩慢,利用率一直徘徊在25%左右,成為制約其進入實際應用的瓶頸之一。

目前製備高質量石墨烯的方法,除膠帶剝離法、碳化矽或金屬表面外延生長法外,主要是化學氣相沉積法。但通過CVD技術生產單晶石墨烯薄膜仍然需要耗費很長的時間,製備一塊厘米見方的單晶石墨烯薄膜至少需要一天的時間,十分緩慢。

在新的研究中,北京大學和香港理工大學的研究人員開發出一種新技術,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,就是在參與反應的銅箔上直接加入了少許氧氣。

研究人員表示,氧化物基板會在化學氣相沉積過程中高達800攝氏度的高溫中釋放出氧氣。

氧氣的連續供應提高了石墨烯的生長速率。他們通過電子能譜分析證實了這一點,但測量表明,氧氣雖然被釋放,然而總量很小。研究人員解釋說,這可能與氧化物基板與銅箔之間非常狹小的空間產生了俘獲效應,從而提高了氧氣的利用效率有關。在實驗中,研究人員能在短短5秒的時間內生產出0.3毫米的單晶石墨烯。

研究人員稱,對石墨烯產業而言,該研究意義重大。通過該技術石墨烯的生產將能採用效率更高的捲對卷製程。而產量的增加和成本的下降,會進一步擴大石墨烯的使用範圍,刺激其需求量的增長。

出處:科技日報

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