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高质量石墨烯可以在几分钟内在超纳米晶金刚石上生长，成本不到一半

发布时间:

2016-10-24 02:18

这项新技术利用了超纳米晶金刚石（UNCD），这是阿贡国家实验室研究人员经过多年研究开创的一种合成金刚石。 UNCD 用作石墨烯生长的物理基底或表面，以及构成快速生产的石墨烯片的碳原子的来源。

“当我第一次看到[扫描电子显微照片]并看到这个均匀、非常完整的层时，真是太棒了，”该研究的第一作者、曾与 Sumant 合作的前博士后研究员、现在是一名 北德克萨斯大学助理教授。 “我一直在研究所有这些不同的石墨烯生长技术，但你从未见过如此均匀、光滑的表面。”

当前的石墨烯制造协议在蚀刻过程本身期间引入了杂质，其中涉及添加酸和额外的聚合物，以及当它们被转移到不同的基板以用于电子产品时。

“蚀刻和转移步骤中引入的杂质会对石墨烯的电子特性产生负面影响，”苏曼特说。 “因此，当你实际进行这种转移时，你无法获得石墨烯的固有特性。”

研究小组发现，单层、单域石墨烯可以在微米大小的孔上横向生长，使它们完全独立（即与下面的基板分离）。 这使得通过直接在独立式石墨烯上制造设备来利用石墨烯的固有特性成为可能。

与使用碳化硅作为基材的传统方法相比，新工艺也更具成本效益。 Sumant 表示，此类生长方法中使用的 3 至 4 英寸碳化硅晶圆的成本约为 1,200 美元，而硅晶圆上的 UNCD 薄膜的制造成本不到 500 美元。

金刚石方法还需要不到一分钟的时间来生长一片石墨烯，而传统方法需要几个小时的时间

Narayanan 补充道：“我们的模拟经过验证的预测能力使我们处于有利地位，能够快速发现新的催化合金，这些合金可以介导高质量石墨烯在电介质上的生长，并在生长完成后自行消失。”

伯曼和苏曼特表示，除了制造缺陷最少、可立即应用的石墨烯用于低频振动传感器、射频晶体管和更好的水净化电极之外，阿贡国家实验室团队已经获得了三项专利。 石墨烯生长方法。

研究人员已经与瑞典空间物理研究所、欧洲航天局就木星冰卫星探测器（JUICE）项目达成合作，开发石墨烯涂层探测器，帮助探测飞行器感知木星卫星周围等离子体的特性。

言归正传，该团队还为北卡罗来纳大学的研究人员制作了金刚石和石墨烯针，用于生物传感应用。

阿贡国家实验室的研究人员现在正在微调该过程，调整用于催化反应的温度，调整金刚石基底的厚度以及促进石墨烯生长的金属膜的成分，以优化反应并更好地研究 石墨烯-金刚石界面处的物理现象。

伯曼说：“我们正在尝试更仔细地调整这一点，以便更好地了解哪些条件会导致我们看到的石墨烯质量如何。”

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