北京大学刘忠范团队：铜晶面对制备超洁净石墨烯的影响

背景介绍

近年来化学气相沉积法制备的石墨烯展现出的优异性质吸引了学术界和工业界的广泛关注。但是石墨烯高温制备过程中带来的本征污染问题严重降低了石墨烯的性质，影响了石墨烯的应用拓展。铜衬底作为制备石墨烯的常用衬底，对石墨烯的畴区尺寸、层数控制等发挥着不可忽视的作用。由于不同晶面结构对称性和催化活性等的差异，铜衬底不同晶面上石墨烯生长的基元步骤也有所不同。与此同时，铜晶面对石墨烯表面本征污染物形成的影响及其相关机理还有待探究。

成果简介

北京大学刘忠范教授团队发现金属铜衬底的晶面类型会影响化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜的本征洁净度，其中铜（100）晶面上生长的石墨烯洁净度高于其他几种常见晶面。这主要是由于活性碳氢物种在石墨烯/Cu(100)表面具有更高的迁移势垒而抑制了其表面无定形碳的形成。在此基础上，他们成功在米级尺寸的Cu(100)衬底上上实现了洁净石墨烯薄膜的批量制备。超洁净石墨烯薄膜也展现出了更加优异的光学和电学性质。该工作为相关基础研究提供了良好的材料基础，并将助力于石墨烯产业的进一步发展。

图文导读

"

图1 铜晶面对石墨烯薄膜本征洁净度的影响及相关机理分析

"

图2 Cu(100)衬底上洁净石墨烯的批量制备

"

图3 洁净石墨烯的电学性质

"

图4 洁净石墨烯的输运性质

作者简介

刘忠范，北京大学博雅讲席教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中组部首批万人计划杰出人才，教育部首批长江学者，首批国家杰出青年科学基金获得者。英国物理学会会士，英国皇家化学会会士，中国化学会会士，中国化工学会会士，中国微米纳米技术学会会士。1983年毕业于长春工业大学化工系，1984年留学日本，1990年获东京大学博士，1991-1993年东京大学和国立分子科学研究所博士后。1993年6月回北京大学任教，同年晋升教授。1997年创立北京大学纳米科学与技术研究中心，现任北京大学纳米科学与技术研究中心主任。2016年创建北京石墨烯研究院并担任院长至今。

刘忠范院士自1998年以来一直从事纳米碳材料生长方法研究，2008年进入石墨烯领域。刘忠范院士在石墨烯材料的CVD生长方法、应用探索、以及产业化核心技术研发方面做出了一系列原创性和引领性工作，在石墨烯薄膜材料的宏量制备技术和装备研发方面走在世界前列。刘忠范院士发表学术论文640余篇，申请中国发明专利140余项。曾任国家攀登计划（B）、973计划、纳米重大研究计划项目首席科学家、国家自然科学基金“表界面纳米工程学”创新研究群体学术带头人（三期）、国家自然科学基金“石墨烯制备科学基础科学中心”学术带头人。荣获国家自然科学奖二等奖（两项）、全国优秀博士学位论文指导教师、北京市优秀教师、香港求是科技基金会杰出青年学者奖、中国分析测试协会科学技术奖一等奖、高等学校科学技术奖自然科学一等奖、杨芙清王阳元院士优秀教学科研奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、宝钢优秀教师特等奖、日本化学会胶体与界面化学年会Lectureship Award、北京大学方正教师特别奖、ACS Nano Lectureship Award、北京大学国华杰出学者奖、第八届“纳米研究奖”等奖励。他还兼任“物理化学学报”主编、“科学通报”副主编、中国化学会副理事长、中国国际科技促进会副会长、九三学社中央副主席、全国政协常委等职。

文章信息

Xiaoting Liu, Jincan Zhang, Wendong Wang*, Wei Zhao, Heng Chen, Bingyao Liu, Mengqi Zhang, Fushun Liang, Lijuan Zhang, Rui Zhang, Ning Li, Yuexin Zhang, Yuchen Liu, Kaicheng Jia, Luzhao Sun, Yixuan Zhao, Peng Gao, Qinghong Yuan, Li Lin*, Hailin Peng* & Zhongfan Liu*. The role of Cu crystallographic orientations towards growing superclean graphene on meter-sized scale. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3922-x.

封面图来源图虫创意