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「黃金接觸」使低溫石墨烯製造成真

研究者開創出一種方法,不到正常溫度的一半,就能夠製造出高品質的石墨烯。

這種技術為石墨烯的使用開啟了新的良機。石墨烯已被廣泛視為一種有潛力的 21 世紀神奇物質。

來自劍橋大學工程系的研究者,添加非常少量的金到生長石墨烯的鎳薄膜表面。所產生的合金,使他們能在攝氏 450 度的溫度下生長石墨烯,相較之下,正常溫度為攝氏 1000 度。

該團隊,由該系 Hofmann 研究小組中的 Robert Weatherup 與 Bernhard Bayer 所領導,也能找到更多石墨烯如何在此過程中形成的相關資訊。

“只要我們發展出石墨烯如何生長的圖像時,我們就能夠開始調整生長並以合理的方式修改催化劑 — 鎳 — 以改善它," Weatherup 說。"從科學的觀點來看,理解這件事很有趣,不過利用這項知識來改善生長過程則已是我們研究中真正有用的結果。"

石墨烯是一種非常薄的物質 — 基本上只有二維存在。那由單個原子厚的碳原子薄片構成,以六角形晶格的方式排列。

使科學家感到振奮的是其一系列優異特性。石墨烯非常強健、透明且具高傳導性。這意味著其能為各種應用所用,包括能被使用者穿戴的彈性(可撓式)電子產品、快速寬頻、高效能運算以及飛機和其他機器的輕量化元件。

為了要使這些可能性當中的任一種被實現,需要一種可靠的方法來製造高品質的石墨烯。迄今最佳選項涉及使用化學氣相沈積(CVD)的科學家。在此過程中,一張催化劑薄膜 — 在某些例子中是鎳,其他則是銅 — 於高溫下,暴露在含碳氣體中。石墨烯接著會在薄膜表面組裝。

到目前為止,需要大約攝氏 1000 度的溫度使石墨烯生長。這產生一個問題,因為高生長溫度將嚴重損壞許多通常用於製造電子裝置的材料,這表示石墨烯無法直接與將被用在電子產品的電路整合。

Weatherup 與 Bayer 在鎳薄膜上用了少量的金(不到1%),藉由將生長溫度減少到攝氏 450 度,從而開啟這種可能性。這種合金亦減少石墨烯在薄膜上生長的位址數量,因為金阻礙石墨烯生長。

這意味浮現出來的每一塊石墨烯小薄片(flake)要長得更大,而且要更長的時間,才會與其它小薄片結合。因為電子在石墨烯內到處遊走,所以(生長)不常受到薄片間結合的擾亂,因此石墨烯的傳導性改善了。結果是,石墨烯能在大幅減半的溫度下製造,同時仍保有未來應用所需的高品質。

在生長過程中亦利用專業技術來「感測」一個原子厚的石墨烯層。研究者們能明確證明,石墨烯生長並非只發生在基質冷卻時(如同某些學者先前所以為的),而且其生長也並非只受到催化劑薄膜的表面影響,還包括薄膜底下(underneath)的區域。

研究者廣泛預測,石墨烯從科研領域移動到業界只是遲早的問題,然而商業化發展仍有一段距離。

“在理想上,我們喜歡讓石墨烯直接在絕緣基質上生長,不過目前,生長好的石墨烯在開始被應用前,需要將合金移除," Weatherup 說。"問題是絕緣體在將含碳氣體轉換成高品質石墨烯上,天生就不良。"

“石墨烯生長仍是一個非常年輕的領域,不過其進展速度難以置信地快。利用催化劑的合金化(alloying of the catalyst),如同我們在這裡進行的,在改上製程上是一種全新方法,而且我們預期,進一步的研究將有可能導致改善過的石墨烯產物,甚至是在更低的溫度下辦到。"

資料來源:PHYSORG:Golden touch makes low-temperature graphene production a reality[October 12, 2011]

轉載自only-perception

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