石墨烯由于其优异的性能及广阔的应用前景近些年来一直被广泛关注。基于铜基底的化学气相沉积法是当前制备高质量石墨烯薄膜最普遍的方法。由于这种方法制备的石墨烯薄膜一般为多晶结构，晶界是主要的缺陷之一，因此，大量的工作致力于消除晶界、制备大面积的石墨烯单晶。
其中一种方法便是控制石墨烯晶畴按照同一取向生长，最终实现无缝拼接以消除晶界。由于石墨烯与铜的（111）晶面具有良好的晶格匹配，因此之前的研究主要使用铜（111）单晶基底进行定向石墨烯晶畴的生长。然而，要专门制备铜（111）单晶，不但增加了生产成本，也增加了生产难度。
电子科技大学电子科学与工程学院李雪松教授和材料与能源学院牛晓滨教授课题组研究发现石墨烯晶畴的定向生长对铜基底的表面晶向具有极高的容忍度，即使在远远偏离（111）面的高指数铜晶面上，石墨烯晶畴仍具有单一的最低成核能态，从而实现定向生长。图1所示为石墨烯晶畴在多种铜晶面上都具有很好的定向性。铜电化学腐蚀、热氧化测试和由薄膜制成的场效应晶体管中高载流子迁移率证明了定性石墨烯晶畴之间的无晶界拼接，如图2所示。
图1. 石墨烯晶畴在多种铜晶面上都显示出很好的定向性。图片来源：Mater. Today
图2. TEM表征及铜电化学腐蚀测试证明石墨烯晶畴很好的定向性及定向晶畴之间的无晶界拼接。图片来源：Mater. Today
研究同时揭示了在常规生长条件下，铜箔基底中的碳杂质是破坏石墨烯晶畴定向性的主要原因，使用高纯度的铜箔或对铜箔进行预氧化处理以去除其中的碳杂质有助于提高石墨烯晶畴的定向性。合适的生长温度是获得定向晶畴的另一个的关键因素。而生长气氛对石墨烯晶畴取向的影响不大。
这一成果不但为大面积石墨烯单晶制备提供了新的途径，也有助于进一步理解石墨烯的生长行为；此外，对其它二维材料（如h-BN）单晶制备的发展也具有一定的借鉴意义。
研究成果发表于近期的Materials Today 期刊上。论文第一作者为电子科技大学电子科学与工程学院博士研究生侯雨婷。
Surface crystallographic structure insensitive growth of oriented graphene domains on Cu substrates
Yuting Hou, Bojun Wang, Longlong Zhan, Fangzhu Qing, Xiaomu Wang, Xiaobin Niu, Xuesong Li
Mater. Today, 2020, DOI: 10.1016/j.mattod.2019.12.001
https://www.x-mol.com/university/faculty/73558
https://www.x-mol.com/university/faculty/73496
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