美國科學(xué)家表示，他們研發(fā)了一種人工合成高質(zhì)量石墨烯的技術(shù)，新方法不僅可控且可進(jìn)行擴(kuò)展，有望為下一代電子設(shè)備的研制鋪平道路。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體，只有一層碳原子的厚度，是迄今最薄也最堅(jiān)硬的材料，其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能超強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅和其他傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料?？茖W(xué)家們認(rèn)為，石墨烯有望徹底變革材料科學(xué)領(lǐng)域，未來或能取代硅成為電子元件材料，廣泛應(yīng)用于超級計(jì)算機(jī)、柔性觸摸屏、環(huán)保和醫(yī)療設(shè)備、光子傳感器以及有機(jī)太陽能電池等諸多領(lǐng)域。但要讓石墨烯更好地應(yīng)用于電子工業(yè)，還需找到可控且有效的方法，在更大范圍內(nèi)獲得更高質(zhì)量的石墨烯。

加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UCSB）電子和計(jì)算機(jī)工程系教授考斯塔弗·巴納吉領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)研制出的最新合成技術(shù)能提供高質(zhì)量且均質(zhì)的石墨烯。這一過程不僅可進(jìn)行擴(kuò)展，還能控制最終得到的石墨烯的層數(shù)——單層還是雙層，這一點(diǎn)對石墨烯在電子和其他技術(shù)領(lǐng)域大展拳腳來說非常重要。

研究團(tuán)隊(duì)的技術(shù)關(guān)鍵是他們深刻理解了基座對石墨烯生長動力學(xué)的重大影響。他們在一個(gè)經(jīng)過預(yù)處理的銅基座上使用低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）法并在特定的高溫下將甲烷分解，從而制造出了均質(zhì)的碳層（石墨烯）。

參與研究的博士后研究員劉偉（音譯）表示：“銅基座上不完美的位置點(diǎn)會顯著影響石墨烯的生長，通過對銅表面進(jìn)行正確處理并精確選擇生長參數(shù)，我們做到了讓石墨烯的質(zhì)量和均質(zhì)性達(dá)到最優(yōu)化的同時(shí)控制石墨烯的層數(shù)?！?/p>

新方法制造出的石墨烯獲得了迄今化學(xué)氣相沉積法制造出的石墨烯擁有的最大載流子遷移率：平均值為4000平方厘米/伏·秒，最大值為5500平方厘米/伏·秒。與硅相比要高很多。并且受溫度和摻雜效應(yīng)的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性，這是石墨烯作為納電子器件最突出的優(yōu)勢，使電子工程領(lǐng)域極具吸引力的室溫彈道場效應(yīng)管成為可能。較大的費(fèi)米速度和低接觸電阻則有助于進(jìn)一步減小器件開關(guān)時(shí)間，超高頻率的操作響應(yīng)特性是石墨烯基電子器件的另一顯著優(yōu)勢。

巴納吉表示：“毫無疑問，石墨烯是一種非常優(yōu)異的材料，其應(yīng)用范圍非常廣泛，但在如何獲得高質(zhì)量的石墨烯以及如何定制其屬性以便用于特殊用途等方面，我們還面臨著巨大的挑戰(zhàn)，不過，這些挑戰(zhàn)也是我們未來研究的肥沃土壤。”