通過等離子體或熱化學(xué)氣相沉積大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯消耗大量能源，對(duì)環(huán)境有潛在的不利影響。這項(xiàng)工作報(bào)告了使用近似太陽光譜的高通量太陽模擬器和冷壁化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器來演示石墨烯生長(zhǎng)的可再生能源過程。通過一步工藝和5分鐘的短時(shí)間，在商業(yè)多晶銅上合成了覆蓋率超過90%的高質(zhì)量（ID/IG=0.13）AB堆疊雙層石墨烯。石墨烯在半徑達(dá)20毫米的大面積上表現(xiàn)出高達(dá)20μm的大晶粒尺寸和空間均勻性。石墨烯薄膜的透射率和薄層電阻分別在92.8–95.3%和2–4 kΩ/sq的范圍內(nèi)。因此，直接太陽能捕獲為石墨烯合成提供了一種引人注目的選擇，可以潛在地降低制造成本和環(huán)境污染。
圖1.石墨烯合成的太陽能熱CVD裝置綜述。
圖2:（a） 在5和10托下合成的石墨烯的拉曼光譜與在1060°C、CH
4:H
2為0.25和5分鐘下保持的其他條件之間的比較。石墨烯在銅上生長(zhǎng)的BSE圖像，源燈泡在焦點(diǎn)上，表明特征尺寸至少為20μm，（b）高倍率和（C）低倍率。（d） 單個(gè)石墨烯顆粒的電子衍射，其強(qiáng)度分布在藍(lán)色虛線框內(nèi)，顯示等效[2100]平面的外峰和等效[11100]平面中的內(nèi)峰。（e） 暗場(chǎng)圖像，通過電子衍射識(shí)別晶粒尺寸，最大可達(dá)20μm（孔徑尺寸）。（f） 轉(zhuǎn)移到熔融二氧化硅上的石墨烯膜的SEM圖像顯示了沒有明顯對(duì)比度的膜均勻性。在（g）熔融二氧化硅和（h）Si/300nm SiO
2上用移位的燈泡設(shè)置生長(zhǎng)的石墨烯的光學(xué)顯微照片。（i） 石墨烯在熔融二氧化硅晶片上的照片。
圖3.在300nm SiO
2/Si上，源燈泡偏離焦點(diǎn)（以使光強(qiáng)度分布變平）的情況下生長(zhǎng)的石墨烯的拉曼圖譜顯示，在200（左）和20μm（右）的特征長(zhǎng)度上，（a）I
D/I
G、（b）I
2D/I
G和（c）fwhm的均勻性。（d） 獲得了具有AB堆疊、SLG和少量層特征的石墨烯的拉曼光譜。（e） fwhm的統(tǒng)計(jì)分布，其中插圖顯示了AB堆疊雙層石墨烯的2D洛倫茲擬合。（f） I
2D/I
G的統(tǒng)計(jì)分布，其中插圖估計(jì)了與SLG或少層石墨烯的其他拉曼光譜相比AB雙層的堆疊比。
圖4.（a） 通過共定位拉曼測(cè)量（I
D/I
G、I
2D/I
G和fwhm）將合成石墨烯轉(zhuǎn)移到熔融二氧化硅的透射率作為徑向位置的函數(shù)，其中誤差條顯示了不同角度位置（0、90、180和270°）下徑向測(cè)量的不確定度。（b） 合成石墨烯的薄層電阻通過共定位拉曼測(cè)量（I
D/I
G、I
2D/I
G和fwhm）轉(zhuǎn)移到熱氧化物上，作為徑向位置的函數(shù)，其中誤差條顯示了在八個(gè)不同角度位置（0、45、90、135、180、225、270和315°）的徑向測(cè)量的不確定性。
相關(guān)研究成果由加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校Timothy S. Fisher等人2022年發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c07229)上。原文：High-Quality AB Bilayer Graphene Films by Direct Solar-Thermal Chemical Vapor Deposition。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
