中国科学院院士俞大鹏：石墨烯大单晶的快速生长与产业化可能性
- 来源：
- 2016-12-07 15:18:53
我今天与大家分享石墨烯方面的进展情况。英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因石墨烯材料获2010年诺贝尔物理学奖。全世界有上万家公司与石墨烯相关，目前我们能做的都是挑最简单的做，但都没有把石墨烯本真的性质发挥出来，石墨烯就是二维原子材料，这个材料做大了太难。
石墨烯材料是非常好的材料，搞物理是越简单越完美。实验证明是一个非常理想的材料，甚至有人说石墨烯能取代硅。但石墨烯不是万金油，有一个先天不足的条件，比如半导体电子器件要求稳定，开和关的比率越高越好，这是石墨烯的致命弱点。
石墨烯是怎么被发现的？是用胶带去撕铅笔芯，胶带撕一次铅笔芯后，再用新胶带撕用过的胶带，这样一个分成两个，两个分成四个，一直持续，最终得到一整张单成原子单晶。我们到今天为止还没有其他方法制备单晶，石墨烯单晶现在为止是巨大的挑战。针对这一问题，我在北大的团队在石墨烯单晶的生长方面取得巨大的进展。
今年8月8号，我们在专业领域刊物《Nature》杂志在发表的一篇文章。在1000度的情况下通过甲烷分解得到晶体，得到的形状有特点：每个都很小、密度很高，都像一个规则的六角星。我的学生比较好奇，他说反面跟相接背面什么样子，就拿显微镜去看，发现密度非常低、数目很小，但个头很大，两个生长速度完全不一样，在反面生长速度是背面生长速度的150倍，是两个量级以上。在我们的工作之前所有的生长记录都总结出来，获得石墨烯生长速度本质的原因。现在竞争很激烈，有大面积完美的石墨烯单晶，可以做很多的事情。
企业有一个好处，不用发表文章。日本人真正管用的东西是不发表的，真正发表的是要克服问题让全世界力量去把它搞清楚，或者是基本上没有什么价值的。但是，国内的评价体系要求我们年轻人发表文章，在Nature、Science这样高影响力杂志发文章，这个事情我们在往前推进。
下面给大家介绍一下我们测一层原子石墨烯的性质，东西硬不硬。塑料很难弄断，这是我们生活中一个现象，应变有好处有坏处，用一个轴承，在应变也能够带来好的效果，应变硅，有应变存在的可以跑的更快，这个处理器就是基于这么一个技术，应变硅这么一个器件，载流子跑的很快，用好是一个非常好的物理参数，来挑很多的物理性质。
一般我们材料化铜，形变量是0.5%，用点力就断了，到了纳米这个材料变的越强了，尤其是像石墨烯搞断搞破是很难的，这是我们的团队一直研究这些，应变对物理性质材料一个研究工作，基于这个基础上做了曾石墨烯的力学性质的研究。一层原子晶体，我们刚刚发展的定点可搬运的转移的方法，可以把石墨烯搬到需要的地方去，可以放两层用物理的方法来测一层石墨烯的强度，两层、三层进行研究。
这是一个例子，这个地图挖了一些孔，把石墨烯经过搬一层石墨烯过来，这个孔弄破以后看是不一样的，可以用显微镜看到。
这是我们的整个的工艺流程，我们通过微纳加工手段，加工一系列的孔洞。通过一层转移过来。这是另外一个我们的区域，盖了一层石墨烯，这个孔是孔是5微米，我们用原子显微镜，利用AFM的针尖，下去多少深是形变量会知道，通过参数的推言，知道这个东西多强，什么时候断裂。这个是我们的用反复的用针尖压石墨烯，压破这样的情况。每一个线都很难的，首先搬运一层晶体，然后转移，然后测量，可以看到每个事件，经过一系列的实验证明，这个石墨烯现代材料当中最强的。我们的钢铁杨氏模量是0.2个T PA，我们的石墨烯超过1个T PA的。
我们团队去年到今年在石墨烯的大单晶的生长取得了非常重要的突破，我们可以制备出非常出石墨烯单晶，这是我们的一切机缘巧合取得的一些突破，我们做物理有一些发展方法，研究物理性质，研究器件特性，能够去发现一些新的现象效应，我们发展了精确可控的操控石墨烯单晶的方法，一层两层的参杂物理性质，包括力学、光学性质，这都是我们搞物理研究最期待的，谢谢大家。
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