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刘忠范院士团队Nano Res.：用石墨烯做的玻璃，有什么不一样？

邃瞳科学云

2020-12-06

近日，北京大学刘忠范院士、张艳锋研究员和苏州大学孙靖宇教授等人在Nano Research发表论文，报道了一种利用氧气辅助化学气相沉积技术在6英寸石英玻璃表面直接制备高质量石墨烯的方法。

玻璃基底生长石墨烯薄膜挑战

利用直接化学气相沉积方法在绝缘衬底上实现石墨烯的无转移直接制备满足了高性能光电子器件不断增长的需求。然而，目前玻璃基底上直接生长的石墨烯薄膜通常存在晶畴尺寸有限、晶界密度高，缺陷丰富等问题。

这些挑战会对石墨烯薄膜的力学、电学、热学和化学稳定性带来较大影响，直接削弱其宏观特性，尤其是导电能力，从而严重制约了其在透明导电电极等领域中的应用前景。

成果简介

在此基础上，北京大学刘忠范院士、张艳锋研究员和苏州大学孙靖宇教授等人报道了一种利用氧气辅助化学气相沉积技术在6英寸石英玻璃表面直接制备高质量石墨烯的方法。

通过在生长过程中引入痕量的氧气，利用高温下氧对不稳定的石墨烯成核中心的刻蚀作用，可有效调节衬底表面的成核密度，进而实现对石墨烯畴区尺寸的调控。基于此，石英玻璃表面生长的石墨烯畴区尺寸得到明显提升（从200 nm增大到接近2.0 μm）。

相应地，所获得的石墨烯薄膜的面电阻能够同比降低10倍左右，达到0.9 kΩ·sq⁻¹（可见光透过率为91.8%）。此低面电阻值石墨烯玻璃的成功制备催生了透明加热元器件以及电控智能滤光片等实际器件应用。

参考文献：

Bingzhi Liu et al. Oxygen-assisted direct growth of large-domain and high-quality graphene on glass targeting advanced optical filter applications. Nano Research 2020.

https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-020-3080-6

作者介绍

刘忠范院士：北京大学博雅讲席教授，东京大学博士。全国政协常委、九三学社中央副主席、北京市政协副主席、九三学社北京市委主委。英国皇家化学会会士，英国物理学会会士，中国微米纳米技术学会会士。现任北京石墨烯研究院院长，中关村石墨烯产业联盟理事长，中国国际科技促进会副会长，北京大学纳米科学与技术研究中心主任，苏州大学能源学院名誉院长。教育部科技委委员、学风建设委员会副主任、国际合作学部副主任。中国化学会常务理事、纳米化学专业委员会创始主任，中国微米纳米技术学会常务理事。“物理化学学报”主编、“科学通报”副主编、Adv. Mater.、Small、Nano Res.、NPG Asian Mater.、Natl. Sci. Rev.、APL Mater.等十余个国内外学术期刊编委或顾问编委。国际著名石墨烯专家，发表学术论文600余篇、申请发明专利130余项。曾任国家攀登计划、973计划、以及纳米重大研究计划项目首席科学家，国家自然科学基金创新研究群体学术带头人。获国家自然科学二等奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、宝钢优秀教师特等奖、ACS NANO Lectureship Award、日本化学会胶体与界面化学年会Lectureship Award、北京市优秀教师等。

张艳锋研究员：北京大学工学院研究员，2012年获得国家优秀青年科学基金的资助。2005年于中国科学院物理研究所获博士学位，师从薛其坤院士。2006~2009年在日本东北大学多元物质科学研究所进行博士后研究，担任JSPS研究员。2010年回国担任北京大学工学院研究员。主要从事石墨烯等二维层状材料的可控制备、精密表征和应用探索，在二维量子薄膜、二维层状材料（石墨烯、氮化硼、单层过渡族金属硫属化合物）及其异质结构的可控制备/构筑、精密表征和新奇物理化学特性等方面取得了系列创新性成果。近五年来，作为课题负责人主持了科技部重点研发计划，科技部量子调控重大项目子课题、国家自然科学基金重大项目子课题、优秀青年科学基金、面上项目等多项科研项目。迄今在Science、Nature Communications、Advanced Materials等期刊发表论文 160余篇；在国内外学术会议上做邀请报告20余次。曾获中国科学院杰出科技成就奖、全国百篇优秀博士学位论文、北京大学宝洁教师奖（2015）、北京大学优秀博士学位论文指导教师（2017），教育部长江学者奖励计划—青年学者等奖励。

孙靖宇教授：苏州大学能源学院特聘教授，博士生导师。江苏省双创人才，《科学通报》编委。2008年本科毕业于浙江大学，2013年于英国牛津大学获博士学位。2013-2015年、2015-2017年分别在北京大学和英国剑桥大学开展博士后研究工作。2017年2月入职苏州大学；2018年受聘北京石墨烯研究院（BGI）研究员、课题组长。主要从事烯碳能源材料的控制制备及其器件应用研究。发展了低维碳材料可控生长的Direct-CVD技术，研发石墨烯玻璃、石墨烯晶圆、烯碳隔膜等新材料，实现了烯碳基墨汁的宏量制备及能源器件的印刷化集成。研究成果被科学网, Nature Mater., MaterialsViews, Phys.org等亮点报道。近年来在Adv. Mater., Nature Commun., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., ACS Nano等期刊发表学术论文120余篇。获江苏省“六大人才高峰”、中国教育部-牛津大学共建奖学金、北京大学优秀博士后奖、苏州大学优秀博士学位论文指导教师（2019）、苏州大学五四青年奖、牛津大学Varsity Award等奖励。