中美联手打造迄今为止最完美的石墨烯，可实现规模化量产

　　基础科学研究院)多维碳材料研究中心和蔚山国立科学技术研究院研究生组成的研究小组已经实现了大面积的生长和表征。没有褶皱、褶皱或层的单晶石墨烯，可以说是迄今为止生长和表征的最完美的石墨烯。这一开创性的突破是由许多因素造成的，包括人类的聪明才智和研究人员复制大面积单晶铜镍箔的能力，
　　石墨烯是通过化学气相沉积(CVD)在氩气流中使用乙烯和氢气的混合物生长的。
　　研究人员们进行了一系列的实验，在不同温度下，在自制的Cu-Ni(111)箔上生长单晶和单层石墨烯。该研究小组此前报道了单晶石墨烯薄膜，它们是在Cu(111)箔上使用甲烷在1320开尔文(K)度下生长的。然而，这些薄膜总是包含长＂褶皱＂，这是石墨烯从生长温度冷却到室温时形成的高褶皱的结果。如果＂折叠＂在石墨烯场效应晶体管的有源区域，这将导致石墨烯场效应晶体管性能的不良降低。褶皱中还含有降低石墨烯机械强度的＂裂纹＂。
　　接下来的挑战是消除这些褶皱
　　研究人员首先实施了一系列＂循环＂实验，包括在1320 K石墨烯生长后立即＂循环＂温度。这些实验表明，褶皱是在1020 K或以上的冷却过程中形成的。在了解到这一点后，该团队决定在1020 K左右的几个不同温度下在Cu-Ni(111)箔上生长石墨烯，这导致了一个发现，大面积、高质量、无折叠的单晶石墨烯薄膜可以在1000 K到1030 K的温度范围内生长。
　　研究人员表示:＂这种无折叠石墨烯薄膜在整个生长基底上形成了单晶，因为它在大面积低能电子衍射(LEED)模式上显示出单一方向。＂随后，研究人员在这种单晶无折叠石墨烯上以不同方向绘制了gfet。在室温下，GFETs的平均电子和空穴迁移率为7.0±1.0 × 103 cm2 V-1 s-1。
　　＂如此惊人的均匀性能是可能的，因为无折叠石墨烯薄膜是一种基本上没有缺陷的单晶。＂
　　重要的是，该研究团队能够利用这种方法实现石墨烯生产的＂规模化＂。石墨烯在直径6英寸的自制石英炉中成功地同时在5片箔(尺寸为4厘米× 7厘米)上生长。＂我们生长无折叠石墨烯薄膜的方法是可重复的，每个箔在箔的两侧产生两张相同的高质量石墨烯薄膜，＂和＂通过使用电化学起泡转移方法，石墨烯可以在大约1分钟内分层，Cu-Ni(111)箔可以迅速准备好，进入下一个生长/转移周期。当我们测试铜镍箔(111)在5轮生长和转移后的重量损失时，净损失仅为0.0001克。这意味着我们使用Cu-Ni(111)的生长和转移方法可以重复进行，基本上是无限期的。＂
　　在实现无折叠单晶石墨烯的过程中，研究人员还发现了这些褶皱形成的原因。他们发现，引起褶皱的死亡离子始于单晶Cu-Ni(111)平台之间的＂簇状台阶边缘＂区域。聚束阶跃边缘区域的死区触发了垂直于阶跃边缘方向的石墨烯折叠的形成。研究发现Cu-Ni(111)箔表面的阶梯聚束在大约1030 K时突然发生，这种‘表面重建’是无折叠石墨烯的临界生长温度在~1030 K或以下的原因。
　　这种大面积无折叠的单晶石墨烯薄膜可以直接在整个石墨烯薄膜的任何方向上制造集成的高性能器件。这些单晶石墨烯薄膜将对基础科学的进一步发展至关重要，这将导致在电子、光子、机械、热学和其他领域的新应用。这种近乎完美的石墨烯还可以用于与自身或其他二维材料的堆叠，从而进一步扩大可能的应用范围。
　　考虑到Cu-Ni(111)箔可以重复使用，石墨烯可以在不到一分钟的时间内转移到其他基片上，使用该工艺的可扩展制造也非常有前景。