双层石墨烯因其独特的物理性质在新型电子器件等领域具有广阔的应用前景。大面积高质量双层石墨烯的批量化制备是实现其后续应用的关键。目前，基于铜表面自限制催化的化学气相沉积法可有效实现单层石墨烯的生长，但由于第二层石墨烯结构导致更复杂的生长过程，双层石墨烯的可控制备极具挑战性。
近日，清华大学朱宏伟教授和华中科技大学王顺教授等人在Science China Materials上发表研究论文，系统研究了石墨烯的常压化学气相沉积制备过程，提出了一种在软化铜箔基底上生长高质量双层石墨烯的方法。铜箔在随炉升温过程中软化并贴合至背面的石英舟/管表面，形成具有差异反应条件的铜箔双面，从而促使双层石墨烯在其正面生长。反应系统中的残余氧气有效加快了双层石墨烯的生长。同时，适量的残余氧气可抑制三层及少数层石墨烯的形成，提高双层石墨烯产物的均匀性。基于优化的生长条件，在4×4 cm2铜箔上实现了双层覆盖率达76%的高质量石墨烯薄膜的生长。基于AB堆垛双层石墨烯的双栅场效应晶体管，室温载流子迁移率达6790 cm2 V−1 s−1。
图1 （a）在4×4 cm2铜箔加热前后的图片。（b）在铜箔基底上生长的双层石墨烯的机理示意图。
图2 双层石墨烯的（a）HRTEM图像和（b）SAED图谱。（c–f）G峰强度的Raman映射（标尺：2 µm）。基于双层石墨烯的双栅场效应晶体管的示意图（g）和性能（h，i）。
本研究有助于推动石墨烯等二维材料的层数可控合成技术的发展。该研究成果最近发表于Science China Materials, , 10.1007/s40843-020-1394-3。
文章来源：中国科学材料
