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北京大學劉忠范團隊:銅晶面對制備超潔凈石墨烯的影響
2021-12-15 07:00:00   來源:新材料在線   

背景介紹


近年來化學氣相沉積法制備的石墨烯展現出的優異性質吸引了學術界和工業界的廣泛關注。但是石墨烯高溫制備過程中帶來的本征污染問題嚴重降低了石墨烯的性質,影響了石墨烯的應用拓展。銅襯底作為制備石墨烯的常用襯底,對石墨烯的疇區尺寸、層數控制等發揮著不可忽視的作用。由于不同晶面結構對稱性和催化活性等的差異,銅襯底不同晶面上石墨烯生長的基元步驟也有所不同。與此同時,銅晶面對石墨烯表面本征污染物形成的影響及其相關機理還有待探究。


成果簡介


北京大學劉忠范教授團隊發現金屬銅襯底的晶面類型會影響化學氣相沉積法制備的石墨烯薄膜的本征潔凈度,其中銅(100)晶面上生長的石墨烯潔凈度高于其他幾種常見晶面。這主要是由于活性碳氫物種在石墨烯/Cu(100)表面具有更高的遷移勢壘而抑制了其表面無定形碳的形成。在此基礎上,他們成功在米級尺寸的Cu(100)襯底上上實現了潔凈石墨烯薄膜的批量制備。超潔凈石墨烯薄膜也展現出了更加優異的光學和電學性質。該工作為相關基礎研究提供了良好的材料基礎,并將助力于石墨烯產業的進一步發展。


圖文導讀


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圖1 銅晶面對石墨烯薄膜本征潔凈度的影響及相關機理分析


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圖2 Cu(100)襯底上潔凈石墨烯的批量制備


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圖3 潔凈石墨烯的電學性質


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圖4 潔凈石墨烯的輸運性質


作者簡介


劉忠范,北京大學博雅講席教授,中國科學院院士,發展中國家科學院院士,中組部首批萬人計劃杰出人才,教育部首批長江學者,首批國家杰出青年科學基金獲得者。英國物理學會會士,英國皇家化學會會士,中國化學會會士,中國化工學會會士,中國微米納米技術學會會士。1983年畢業于長春工業大學化工系,1984年留學日本,1990年獲東京大學博士,1991-1993年東京大學和國立分子科學研究所博士后。1993年6月回北京大學任教,同年晉升教授。1997年創立北京大學納米科學與技術研究中心,現任北京大學納米科學與技術研究中心主任。2016年創建北京石墨烯研究院并擔任院長至今。


劉忠范院士自1998年以來一直從事納米碳材料生長方法研究,2008年進入石墨烯領域。劉忠范院士在石墨烯材料的CVD生長方法、應用探索、以及產業化核心技術研發方面做出了一系列原創性和引領性工作,在石墨烯薄膜材料的宏量制備技術和裝備研發方面走在世界前列。劉忠范院士發表學術論文640余篇,申請中國發明專利140余項。曾任國家攀登計劃(B)、973計劃、納米重大研究計劃項目首席科學家、國家自然科學基金“表界面納米工程學”創新研究群體學術帶頭人(三期)、國家自然科學基金“石墨烯制備科學基礎科學中心”學術帶頭人。榮獲國家自然科學獎二等獎(兩項)、全國優秀博士學位論文指導教師、北京市優秀教師、香港求是科技基金會杰出青年學者獎、中國分析測試協會科學技術獎一等獎、高等學?茖W技術獎自然科學一等獎、楊芙清王陽元院士優秀教學科研獎、中國化學會-阿克蘇諾貝爾化學獎、寶鋼優秀教師特等獎、日本化學會膠體與界面化學年會Lectureship Award、北京大學方正教師特別獎、ACS Nano Lectureship Award、北京大學國華杰出學者獎、第八屆“納米研究獎”等獎勵。他還兼任“物理化學學報”主編、“科學通報”副主編、中國化學會副理事長、中國國際科技促進會副會長、九三學社中央副主席、全國政協常委等職。


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 /10.1007/s12274-021-3922-x.


封面圖來源圖蟲創意


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