劉忠范院士團隊在玻璃表面實現石墨烯直接生長

　　石墨烯是一種由單層碳原子構成的正六邊形“蜂窩狀”薄膜，在光、電、熱、力等方面具有優異性能。而20萬片石墨烯加在一起，才相當于人類的一根頭發絲粗細。日前，北京大學劉忠范院士領導的團隊經過3年多的努力，在玻璃表面成功實現了石墨烯的直接生長。此成果有望加速石墨烯材料與玻璃產業的融合，推動石墨烯玻璃大規模應用。《自然—材料》雜志近日對這項研究進行了報道。

　　劉忠范團隊將甲烷通入1000度的高溫管式爐中，在高溫下分解成碳原子后直接在玻璃上生長石墨烯。現在他們能在任意玻璃上長出石墨烯，而且在保證質量的情況下，生長時間從一小時縮短到十分鐘。

　　劉忠范告訴《中國科學報》記者，他們團隊從2008年開始從事石墨烯的研究，最近不斷有新成果發出來。他們攻關了3個難點，分別是：在沒有催化劑的情況下如何在玻璃上直接長出石墨烯；如何讓石墨烯快速生長以提高產率；在不同的軟化溫度下都能完成石墨烯生長，從而實現任意玻璃表面都能長出石墨烯。

　　最終他們實現了石墨烯在玻璃融化狀態下的生長。研究中，他們還獲得很多技術上的訣竅，如石墨烯在銅箔上可以很好生長，借助銅箔的催化作用可以讓石墨烯在玻璃上更好地生長。

　　石墨烯在玻璃表面的直接生長，打破了之前石墨烯玻璃須用液相涂膜或轉移法獲得的瓶頸。劉忠范說，在玻璃上直接長出石墨烯“改變了一個行當”，期待其是一個殺手锏級的應用，有著非他不可的用途，如汽車的后玻璃用石墨烯代替電線、波音787的智能艙、手機的觸摸屏以及細胞的培養皿等。

　　經過長期研究，通過對反應氣體濃度、生長溫度和生長時間的精確調控，劉忠范領導的團隊成功克服了玻璃表面催化裂解前驅體能力低、碳碎片在基底表面遷移能力弱等一系列技術難題，在耐高溫玻璃和普通玻璃上成功實現了高品質石墨烯薄膜的可控生長。

　　據了解，由于石墨烯玻璃兼具玻璃的透光性以及石墨烯的導電、導熱和表面疏水性等優點，未來可應用于熱致變色窗口、防霧視窗以及光催化等方面。劉忠范表示，相信石墨烯玻璃在未來將有非常廣闊的應用前景，對于玻璃產業和石墨烯材料而言都至關重要。

　　對于這一新進展，石墨烯專家、中科院金屬研究所成會明院士在接受《中國科學報》記者采訪時表示：“在玻璃上直接化學氣相沉積生長石墨烯是石墨烯生長領域一個非常重要的進展。在玻璃上直接生長石墨烯后可以直接利用，省略了轉移工藝，可以節省成本。而傳統的在金屬薄膜上生長石墨烯的制備方法則需要去除金屬、將石墨烯轉移到玻璃等其他基體上再加以利用等工藝步驟，因而具有成本較高、工藝復雜等問題。此成果與中科院上海微系統與信息技術研究所謝曉明團隊最近做出來的1.5英寸石墨烯單晶堪稱今年我國高質量石墨烯制備方面最重要的工作。”