通過等離子體或熱化學氣相沉積大規模生產石墨烯消耗大量能源，對環境有潛在的不利影響。這項工作報告了使用近似太陽光譜的高通量太陽模擬器和冷壁化學氣相沉積反應器來演示石墨烯生長的可再生能源過程。通過一步工藝和5分鐘的短時間，在商業多晶銅上合成了覆蓋率超過90%的高質量（ID/IG=0.13）AB堆疊雙層石墨烯。石墨烯在半徑達20毫米的大面積上表現出高達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。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。石墨烯在銅上生長的BSE圖像，源燈泡在焦點上，表明特征尺寸至少為20μm，（b）高倍率和（C）低倍率。（d） 單個石墨烯顆粒的電子衍射，其強度分布在藍色虛線框內，顯示等效[2100]平面的外峰和等效[11100]平面中的內峰。（e） 暗場圖像，通過電子衍射識別晶粒尺寸，最大可達20μm（孔徑尺寸）。（f） 轉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上用移位的燈泡設置生長的石墨烯的光學顯微照片。（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（以使光強度分布變平）的情況下生長的石墨烯的拉曼圖譜顯示，在200（左）和20μm（右）的特征長度上，（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的統計分布，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的統計分布，其中插圖估計了與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） 通過共定位拉曼測量（I
D/I
G、I
2D/I
G和fwhm）將合成石墨烯轉移到熔融二氧化硅的透射率作為徑向位置的函數，其中誤差條顯示了不同角度位置（0、90、180和270°）下徑向測量的不確定度。（b） 合成石墨烯的薄層電阻通過共定位拉曼測量（I
D/I
G、I
2D/I
G和fwhm）轉移到熱氧化物上，作為徑向位置的函數，其中誤差條顯示了在八個不同角度位置（0、45、90、135、180、225、270和315°）的徑向測量的不確定性。
相關研究成果由加利福尼亞大學洛杉磯分校Timothy S. Fisher等人2022年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
