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石墨烯制备研究进展 贾玉萍1,2，黄青松2，郭丽伟2，林菁菁2，李康2，刘宇2，王文军2，王刚2，王聪1，陈小龙2( 21世纪是信息化时代。历史发展表明，信息功能材料是信息技术发展的基础和先导，如果没有硅材料和硅集成芯片的问世，很难想象微电子技术会以如此惊人的速度发展，时至今日，它已经对人类的生产和生活方式产生了革命性的影响。 由于量子尺寸效应和自身性质的限制，以硅为核心的传统微电子器件面临发展的瓶颈。就替代材料而言，碳材料质量轻，在自然界储量大，并以多种形式存在，一直是科技界研究开发的目标，如富勒烯[1,2]，碳纳米管(CNT)[3,4]等。1991年发现的CNT以它独特的电、热、机械性能和在电子科学中的潜在应用，引起了人们的广大关注。近几十年来，CNT一直被认为是最有可能用于纳米电子逻辑器件的材料之一，人们一直在尝试开发基于它的电子输运体系。但是，CNT由于其卷曲的方式不同而表现出不同的性质，如金属性或半导体性，的分离非常地困难，难结构和性能均一的CNT材料，成为CNT研究最大瓶颈，无疑限制了CNT器件的开发和应用。 2004年10月英国科学家Science杂志首次报道了单层石墨材料() [5]。石墨烯是由sp2杂化的碳原子相互连接构成的一种六方点阵蜂巢状二维单结构它可以包裹起来形成零维的富勒烯，卷起来形成一维的CNT，层层堆积形成三维的石墨。石墨烯自发现以来短时间内在国外已经成为研究的热点。石墨烯如此快的受到重视，主要是因为它作为一种严格的二维材料，在基础研究中有着重要的研究前景，并且还蕴藏着巨大的应用价值。载流子可以是电子也可以是空穴， cm2.V-1.s-1 甚至更高 [12-14]，而且迁移率几乎与温度无关；具有室温下的弹道运输效应；载流子的密度可以达到1013 cm-2表现出了奇特的量子霍尔效应属于零能隙的半导体，可以通过控制其几何构型使其呈现金属或半导体特性分子电子学及其器件；场效应晶体管；基于的复合材料；超高速计算机芯片；高转换效率电池；固态气敏传感器；氢储存气体筛、分子成像等领域。石墨烯一种只有一个原子厚度的完美的二维薄膜结构，它的平面结构使得器件的加工构筑和电路集成更方便。石墨烯材料的厚度在1 nm以内，这就可以直接在分子尺度上构筑纳米电路，可以在尺度上挑战微电子器件的极限。使用硅原料的计算机芯片在进一步微型化过程中，因硅在微小尺寸下变得很不稳定而遇到瓶颈。科学家相信，石墨烯薄膜解决了这个问题后，将加快计算机芯片微型化脚步，并大幅提升运算速度。此外，石墨烯薄膜非常地稳定，而且具有很高的弹性且十分坚固，可用于制造分解气体的显微滤网。在材料精细结构研究方面，这种只有一个原子厚的薄膜可用来支撑分子，供电子显微镜进行观察和分析，对于医药生物界研发新的医疗技术将有极大帮助。Geim 和Novoselov—机械剥离法，获得了人类历史上真正意义上的二维晶体-石墨烯[5]。众所周知，石墨是三维层状晶体，这一晶体是由一层一层的二维石墨烯堆垛而成，通过层层剥离，人们制得了单层的石墨烯，这一惊奇的的发现，令人信服地看到：二维材料的确可以在通常状态下存在，而无须借助于其它非常手段。 机械剥离法虽然能够制得高质量石墨烯，但这种方法存在很大的局限性：这样得到的石墨烯受原始石墨质量的影响，同时这种石墨烯一般缺陷较多，因而获得的均匀层数石墨烯面积较小，一般只有微米级[20, 21]。到目前为止的最高水平也只有100微米级。为了得到大面积、层数均匀可控的高质量石墨烯，人们向更高水平的制备方法发起了冲击。 美国de Heer小组的Berg等采用热分解的方法[22,23]，制备出了高迁移率的小面积石墨烯。此后，尽管这种方法仅能制备出纳米量级的石墨烯，但是受到了广泛的普遍重视，为了克服其均匀形核岛状生长，Hupalo 等][24]将热分解法进行了扩展。在超高真空状态下，升高温度到1000℃以上，每隔几度就等温30秒，经过数次等温，得到了面积更大的石墨烯薄膜，层数相对较为均匀。2009年，Emtsev等[25]通过调节碳化硅热分解时的氩气压力到1 bar，得到了与Hupalo等相似的结果。 Sutter[26]，Coraux 等[27]分别利用热分离法在金属衬底上外延生长出了达100 ?m量级的高度有序的石墨烯。Kim等[28]在金属衬底上沉积有机层再沉积Ni膜，利用含碳气相在Ni表面催化生长，得到了面积达厘米量级的石墨烯。尽管这些石墨烯层数厚，属于多晶，但这种利用金属催化法生长石墨烯的方法，为石墨烯的成功转移开拓了一种新的方向。 斯坦福大学戴宏杰课题组用化学插层裂解方法获得不同宽度的石墨烯纳米条带[29]，发现宽度小于10 nm的石墨烯条带可以制备出场效应管，开关比达7个数量级。石墨烯纳米条带具有量子限域效应，被用来制作量子点，条带之间存在选择