浏览科学网新闻和博客，作为一个过客，已经整整三年。今天，我也尝试写一些自己的研究，欢迎大家捧场，欢迎小同行切磋。

本人的主要研究领域是石墨烯（graphene）。往大了说，是二维材料的制备、表征、物性及其应用探索；往小了说，也就是自己目前主要从事的研究，就是化学气相沉积法（CVD）制备石墨烯。从材料研究的角度上讲，制备、表征、物性和应用是紧密结合的，因此本人在其他几个方面研究也有所涉猎。

石墨烯，2010年获得诺贝尔物理学奖的单层石墨，在诺贝尔风暴、各大准科普电视节目和科学网前辈的普及下，相信很多人都如雷贯耳了。在2009年，本人曾在中国科学院的科普日中，接待过沈阳二中的高中生，有一位高中生都从报纸中知道石墨烯可以用胶带剥离石墨的方法得到，我顿时感觉自己被雷到了。

图1 石墨烯是构建其他维数碳材料的基本单元[1]

正因为如此，石墨烯的研究在很多国家，当然也包括中国，受到了越来越多的资助。与此同时，石墨烯的文章发表量也在与日俱增，估计今年单年的文章发表量应该能突破10000篇吧。

需要说明的是，国内的石墨烯论文，主要集中在化学法制备的石墨烯，更严格的讲，叫还原的氧化石墨烯（rGO），这些应用在电化学方面使用，很多单位在文章和新闻稿中在不加分辨地使用。

完美的石墨烯是二维的碳原子平面，没有原子空位、掺杂、线面等的缺陷。完美的事物是不存在的，完美的石墨烯也不存在。用胶带剥离的方法得到的石墨烯，目前是距离完美石墨烯最近接的样品，也因此这种石墨烯是研究石墨烯自身性质，及其由此带来的奇特物理性质的实验材料。但是这种制备方法费时费力，更需要操作者的技巧和经验。这种石墨烯的尺寸，在2004到2008年，一般在几十微米以内，当时只要能剥离出石墨烯，不管研究什么方面，都可以发表到高影响因子的杂志。在2008年以后，在原料选取、胶带选取、衬底处理等各方面都有了更深的认识，石墨烯的尺寸也因此剥离到了准毫米级。

这种方法对于物理学研究没有问题，但是对于其他需要大面积并且高质量石墨烯的实验室，样品的制备就成了最为头疼的问题，总不能让几十个人每天都在剥离石墨烯吧，即使如此，大面积石墨烯的问题也解决不了，因为未来应用的目标是和硅片同样大，或者更大。

第二种高质量制备石墨烯的方法在2008年应运而生了，就是化学气相沉积法。这种方法制备的石墨烯，质量稍次于剥离法，不过目前的制备水平，基本已经相差无几了。这用方法是基于材料表面处理的渗碳法，即在高温下分解含碳的气体（气体碳源），使其在金属表面沉积出单质碳。这些分解的碳在不同种类的表面，碳结构的结晶性也不同。这些沉积的碳在高温下也可能扩散进入金属体相内。进入体相的碳在降温时同样会析出，并再次在金属表面形成碳结构。在这种过程中，体相扩散与表面生长同时发生。对于碳溶解度高的金属，例如镍[2,3]，体相扩散速度也很快，因此体相扩散生长可能更明显一些，因此生长出的石墨烯厚度很难控制好，一般少数层为主；对于碳溶解度低的金属，例如铜[4]，体相扩散比较慢，因此表面生长模式为主，生长出来的石墨烯单层为主。同样对于碳溶解度高的金属，例如铂，生长出来测石墨烯厚度以单层为主[5]，因此其体相扩散速度应该很慢（未证实）。

对于石墨烯的主要研究，更偏向于单层，因为其有不同的物理性质，因此在不同的领域有着很多潜在的应用。最浅显易懂和直观的应用就是透明导电薄膜，即有着高透光和高导电为一体的薄膜，现在主要使用的是ITO（铟锡氧化物）玻璃，这也是国际上很多研究单位的主要关注点。对于单层的CVD法制备，更多的是依赖铜衬底，一般的过程是将高纯铜箔，弯曲或者平直放入管式炉的恒温区，用低压或者常压下通入氢气（或者混入氩气）升温，在到达一定温度后（一般在950到1070度之间），通入气体碳源（例如甲烷、乙烯、乙炔）或者固体和液体碳源蒸汽（例如萘、苯、甲苯等）进行石墨烯生长。一般生长时间从几分钟到几十分钟，生长完毕后停止加热，这时就会在铜箔表面则生长出单层石墨烯（一般有少量少数层区域）。

图2 用于CVD反应的水平管式炉示意图

下一步，就是本次话题的切入点，石墨烯的转移。

下一节待续

[1] Andre K. Geim & Philip Kim, Carbon Wonderland. Scientific American, 4, 90 (2008);

[2] Kim, K. S. et al. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature 457, 706-710 (2009);

[3] Reina, A. et al. Large Area, Few-Layer Graphene Films on Arbitrary Substrates by Chemical Vapor Deposition. Nano Letters 9, 30-35 (2009).

[4] Li, X. S. et al. Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils. Science 324, 1312-1314 (2009);

[5] Gao, L. B. et al. Repeated growth and bubbling transfer of graphene with millimetre-size single-crystal grains using platinum. Nature Communications 3, 699 (2012).