單層多晶石墨烯薄膜制備成功

　　近日，中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)炭材料研究部石墨烯研究組采用溶碳量適中的金屬鉑片作為生長基體，發(fā)展出一種基于“析出-表面吸附生長”原理的CVD方法，僅通過改變析出溫度便實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯形核密度的控制，制備出晶粒尺寸在~200 納米到~1 微米范圍內(nèi)均一可調(diào)、且晶界完美拼合的高質(zhì)量單層多晶石墨烯薄膜。在此基礎(chǔ)上，獲得了晶粒尺寸對(duì)多晶石墨烯的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的影響規(guī)律及晶界電阻率和晶界熱導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)減小晶粒尺寸可導(dǎo)致熱導(dǎo)率的顯著降低但對(duì)電導(dǎo)率的影響較小。根據(jù)該影響規(guī)律推算，當(dāng)石墨烯的晶粒尺寸從1毫米減小到5納米時(shí)，其熱導(dǎo)率的衰減幅度可達(dá)300倍，而電導(dǎo)率的衰減僅為10倍左右，并且熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率隨晶粒尺寸變化的變化率高于典型的半導(dǎo)體熱電材料。

　　晶界是化學(xué)氣相沉積(CVD)方法制備的大面積石墨烯薄膜中普遍存在的缺陷。深入理解晶界對(duì)石墨烯的電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的影響對(duì)發(fā)展基于石墨烯的電子、光電和熱電器件具有重要意義。盡管目前對(duì)于單個(gè)晶界對(duì)石墨烯性質(zhì)影響的研究較多，但宏觀尺度上晶粒尺寸對(duì)石墨烯電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的影響尚不清楚。其主要原因是基于傳統(tǒng)的析出(鎳基體)或表面吸附生長(銅基體)機(jī)制的CVD生長方法無法在大范圍內(nèi)調(diào)控石墨烯的晶粒尺寸，制備晶粒尺寸小于電子和聲子平均自由程(約1微米)的小晶粒石墨烯尤為困難。