我们许多人都知道，石墨烯是一种二维的由单层碳原子以格子阵状组合而成的片状结构的材料。石墨烯，尤其是高质量的、称为电子级石墨烯（electronic-gradegraphene），具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、超导、生物医学等领域都具有重要的应用前景，被认为是一种具有未来革命性的材料。

石墨烯在我们的日常生活中也将有广泛的应用。它的强度是钢的倍，却比铝轻5倍，所以现在应用于航空航天领域。比如，一个由石墨烯材料所做成的自行车框架，它的重量仅仅只有克。

如此轻巧而又坚固的自行车，你一定会很心动，真想有这样一部自行车。且慢，这样的自行车的价格现在高达16,欧元，相当于一部汽车的价格，约12万多人民币。

石墨烯之所以是具有革命性的材料，不仅是因为它具有广泛的应用前景，而且是因为石墨烯是碳的同元素异形体。而碳原材料处处皆是，可以从非常廉价的石墨矿石中得到。石墨烯实际上就存在于自然界，问题是难以剥离出单层结构。石墨是石墨烯一层层叠起来的，1毫米厚的石墨约包含万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层石墨烯。所以，虽然石墨烯材料很便利，可是要生成出非常非常薄的石墨烯产品可不那么容易。

在过去的20年中，石墨烯的生产成本已经从每公斤数十万美元大幅下降到不到50美元。但是还不够，还可以降。利用石墨烯的电子特性对石墨烯晶体质量提出了更高的要求，石墨烯的晶界、缺陷和位错都会影响材料的电子性能。因此，高质量的电子级石墨烯的价格仍然很高。

想象一下，如果不是过去五十年来高质量单晶硅晶片的成本指数级地下降，你今天所用的许多电子产品，包括如你的手机、电脑等，不会有如此越来越高的性能、同时价格又越来越低。同样地，如果单晶石墨烯的制造成本也呈指数级地地下降，又会怎么样呢？简言之，它将会塑造我们新的社会生活。

所以，科学技术人员现在努力在寻求如何制造出价廉物美的高质量石墨烯的生产方法。化学气相沉积是生产优质石墨烯的最流行方法之一，但缺陷是石墨烯的晶体增长需要很长时间，成本很高。其它方法包括为简短时间在单晶催化基底上生长，但是这些催化基底更昂贵，又增加了成本。

韩国成均馆大学（韩语：／成均館大學校、英语：SungkyunkwanUniversity，简称成大或SKKU，韩国历史上最悠久的大学）高级纳米技术研究所，和亚洲大学（朝语：／亞洲大學校；英语：AjouUniversity）的科学家，最近开发出了一种新的生产大面积电子级石墨烯的便宜方法。他们的这一最新研究成果发表在最近一期的《纳米》科学月刊上。

他们是如何开发出了这种新的生产大面积电子级石墨烯的便宜方法呢？简单的来说就是将单晶石墨烯的生成转移到了多晶衬底上。他们在研究报告中表明，在多晶金属上生长碎片可以使它们结合在一起。因为它们都是从同一样品中转移的，所以每片晶格都朝着相同的方向取向。研究人员解释说：“如果假设合成温度、所用气体等相似，则可以将热预算和基板价格降低到只有四分之一。”

研究人员通过文献调查研究，从石墨烯种子的边缘生长石墨烯所需的能量，在理论上低于使新石墨烯种子成核所需的能量，从而提出了这个想法。研究人员过去在大面积单晶单层石墨烯的生长中已经具有相当经验。他们需要的是，一种能够将对齐的石墨烯种子干净地转移到多晶衬底上仔细间隔和对齐位置的技术。幸运的是，他们在单晶锗的特定表面上生长石墨烯-锗时，在石墨烯与衬底之间的界面处会形成一个氢层，从而使其更易于转移。

为确定哪种种子尺寸和间距最合适，研究人员计算了所用温度和前体浓度的扩散长度。从原始的单晶石墨烯样品中切出10微米宽的“种子”，并将其转移到相距50微米的多晶铂中。在此生长出单晶石墨烯，覆盖了2厘米x2厘米的面积。这种实验室方法还可以推广到工业化大型催化剂基材生长到更大的尺寸。

多晶铂不仅便宜得多，而且它们可以在不损害所得单晶石墨烯质量的情况下回收衬底，这样每平方厘米衬底的价格仅约为原来价格的5%。如果在多晶铜或铝箔上种植转移的种子，则将能进一步削减成本。

实际上，这种方法不仅用于仅由一种碳原子构成的石墨烯的生长，还可以推广应用于其它二维材料。如果使用一种顺序，使一种前驱物和另一种前驱物反应的工艺，例如原子层沉积（ALD）工艺，则可以生长出一种由各种二维材料制成的单晶层膜。

参考文章：“价廉的大面积电子级石墨烯”登载刊物：《纳米》DOI:10./acsnano.9b量子认知

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