斯科尔科沃科学技术研究所
Skoltech的雪花蚀刻在石墨烯上
亮的地方是石墨烯，暗的地方是氧化铜
在找到最佳气体成分之前的一项实验中，当周围的石墨烯被二氧化碳蚀刻掉时，雪花图案出现了
贷方:Artem Grebenko/Skoltech 来自from Skoltech、阿尔托大学RAS固态物理研究所和其他地方的研究人员提出了第一种利用一氧化碳作为碳源的石墨烯合成技术
这是一种用相对简单的设备生产高质量石墨烯的快速而廉价的方法，可用于电子电路、气体传感器、光学等领域
这项研究发表在《先进科学》杂志上
化学气相沉积是合成石墨烯的标准技术，石墨烯是一种由一个原子厚的碳原子组成的蜂窝状结构，具有无与伦比的特性，可用于电子应用等领域
化学气相沉积通常涉及碳原子分裂气体分子，并在真空室中作为单层沉积在衬底上
一种受欢迎的衬底是铜，使用的气体总是碳氢化合物:甲烷、丙烷、乙炔、酒精等
“从一氧化碳合成石墨烯的想法很久以前就有了，因为这种气体是生长单壁碳纳米管最方便的碳源之一
我们有近20年的一氧化碳工作经验
然而，我们对石墨烯的第一次实验并不成功，我们花了很长时间才明白如何控制石墨烯的成核和生长
一氧化碳的美妙之处在于其独特的催化分解作用，这使得我们甚至可以在环境压力下实现单层石墨烯大晶体的自限制合成，”该研究的首席研究员，Skoltech教授艾伯特·纳西布林说
“这个项目是基础研究如何使应用技术受益的杰出范例之一
这篇论文的合著者，Skoltech的高级研究科学家Dmitry Krasnikov强调说:“由于对石墨烯形成和生长的深层动力学机制的理解得到了理论和实验的验证，导致大型石墨烯晶体形成的优化条件变得可行。”
新方法受益于所谓的自限制原理
在高温下，当一氧化碳分子非常接近铜基底时，它们倾向于分裂成碳和氧原子
然而，一旦第一层结晶碳沉积下来，将气体与基板隔开，这种趋势就会减弱，因此这个过程自然有利于形成单层
以甲烷为基础的化学气相沉积也能以自我限制的方式运作，但程度较低
“我们使用的系统有很多优点:生成的石墨烯更纯，生长更快，形成的晶体更好
此外，这种调整通过从整个过程中消除氢气和其他爆炸性气体来防止事故，”该研究的第一作者Skoltech实习生Artem Grebenko说
该方法排除了燃烧风险，这意味着不需要真空
该设备在标准压力下工作，比传统的CVD设备简单得多
简化的设计反过来导致更快的合成
“从取出一片裸铜到取出石墨烯只需要30分钟，”Grebenko说
由于不再需要真空，该设备不仅工作更快，而且更便宜
“一旦你放弃了产生超高真空的高端硬件，你实际上可以用不超过1000美元来组装我们的‘车库解决方案’，”研究人员强调说
该研究的合著者、MIPT大学教授Boris Gorshunov强调了所得材料的高质量:“每当一种新的石墨烯合成技术被提出时，研究人员必须证明它产生了他们声称的效果
经过严格的测试，我们可以充满信心地说，我们的确实是高等级的石墨烯，可以与通过CVD从其他气体生产的材料相竞争
最终的材料是晶体状的、纯净的，并且大到足以用于电子产品
" 除了石墨烯的标准应用之外，在不清除金属的情况下，将石墨烯结合到铜基底上还有一些有趣的可能性
与甲烷相比，一氧化碳对金属有很高的吸附能
这意味着，随着沉积的发生，石墨烯既保护铜层免受化学反应的影响，又赋予其结构，从而创造出具有强大催化性能的高度发达的金属表面
其他一些金属，如钌和钯，也将在这方面发挥作用，为具有不寻常表面的新型材料开辟一条道路
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