Nature：真正的单层石墨烯！

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第一作者：Meihui Wang, Ming Huang

通讯作者：Da Luo，Rodney S. Ruoff

通讯单位：韩国基础科学研究所(IBS)

研究亮点：

1. 发展了一种新型的单晶、大面积、无折叠单层石墨烯的制备方法。

2. 探索了在单晶 Cu-Ni(111) 箔上生长的石墨烯薄膜的起皱/折叠过程。

含碳前驱体在金属基底上的化学气相沉积是目前可扩展合成大面积、高质量石墨烯薄膜的最有前途的途径。然而，在所生成的薄膜中通常存在一些缺陷:晶界、具有附加层的区域(adlayers)、褶皱或折叠，所有这些都会降低石墨烯在各种应用中的性能。关于消除晶界和附加层的方法已有许多研究，但对石墨烯褶皱的研究较少。

有鉴于此，韩国基础科学研究所(IBS)的Rodney S. Ruoff和Da Luo等人，探索了在单晶 Cu-Ni(111) 箔上从乙烯前驱体生长的石墨烯薄膜的起皱/折叠过程。

图1. 石墨烯折叠机制

研究团队确定了一个临界生长温度（1030 K），高于该温度将在随后的冷却过程中自然形成褶皱。具体来说，在冷却过程中由于热收缩而形成的压应力通过在约1030 K时突然出现的薄片台阶聚束而释放出来，从而触发垂直于台阶边缘方向的石墨烯褶皱的形成。

图2. 温度影响

通过将初始生长温度控制在1000 K和1030 K之间，可以生产出大面积的高质量、无折叠的单晶单层石墨烯薄膜。所得薄膜显示出高度均匀的传输特性：由这些薄膜制备的场效应晶体管对空穴和电子的平均室温载流子迁移率约为(7.0±1.0)×10³ cm²V^-1s^-1。这种高均匀性是没有褶皱、晶界和吸附层的结果。

图3. 无折叠石墨烯薄膜的表征

图4. 无折叠石墨烯薄膜的传输性能

该过程也是可扩展的，允许在平行堆叠的多个箔上同时生长相同质量的石墨烯。在石墨烯薄膜从箔片电化学转移后，箔片本身基本上可以无限期地重复使用，用于进一步的石墨烯生长。

参考文献：

Wang, M., Huang, M., Luo, D. et al. Single-crystal, large-area, fold-free monolayer graphene. Nature 596, 519–524 (2021).

DOI: 10.1038/s41586-021-03753-3

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03753-3

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