大面積石墨烯的轉(zhuǎn)移是技術(shù)應(yīng)用開發(fā)中的關(guān)鍵步驟，特別是當(dāng)其結(jié)構(gòu)完整性和物理特性至關(guān)重要時。盡管科學(xué)界為提高轉(zhuǎn)移協(xié)議的可擴(kuò)展性和清潔度付出了巨大的努力，但較少的研究集中在導(dǎo)致裂紋、皺紋、皺褶、褶皺和機(jī)械應(yīng)變形成的基本機(jī)制上，這些機(jī)制嚴(yán)重阻礙了過程的可靠性。在這里，我們描述了用作石墨烯化學(xué)氣相沉積（CVD）催化劑的銅的表面形態(tài)如何顯著影響（i）轉(zhuǎn)移過程的可靠性、（ii）石墨烯的平面狀態(tài)以及（iii）石墨烯一旦轉(zhuǎn)移的物理性質(zhì)到設(shè)備兼容的基板上。我們系統(tǒng)地比較了表面粗糙度跨越2個數(shù)量級的Cu箔、多晶Cu膜和外延Cu膜中高結(jié)晶度石墨烯的轉(zhuǎn)移。我們的結(jié)果表明，無論采用何種轉(zhuǎn)移方法，Cu模板的表面形態(tài)都是導(dǎo)致文獻(xiàn)中報道的非最佳轉(zhuǎn)移結(jié)果和物理性能差異的主要原因之一。這些發(fā)現(xiàn)提供了寶貴的見解，在考慮將石墨烯集成到功能性應(yīng)用中時，鼓勵使用替代性基材。
Figure 1. 石墨烯生長后銅箔（左欄），多晶銅膜（中欄）和外延銅膜（右欄）的銅表面形態(tài)比較。上圖：經(jīng)過輕微氧化的光學(xué)顯微鏡圖像。中間：3D光學(xué)輪廓儀圖像。底部：沿中間3D輪廓中顯示箭頭的2D截面。
Figure 2. 比較在銅箔（上圖）和薄銅膜（下圖）上生長的轉(zhuǎn)移石墨烯。左列：室溫下干燥24小時后，在SiO
2/Si上的PMMA/Gr。中列：將PMMA/Gr在110°C退火1小時后，在SiO
2/Si上的PMMA/Gr。右列：重新沉積新鮮的PMMA并除去丙酮中的PMMA后，在SiO
2/Si上的石墨烯。
Figure 3. 左列：室溫下干燥24小時后，PMMA/Gr沉積在SiO
2/Si上。中列：重新沉積新鮮的PMMA并除去丙酮中的PMMA后，在SiO
2/Si上的石墨烯。右列：去除PMMA后沉積在SiO
2/Si上Gr的透鏡內(nèi)SEM圖像。底部：頂部圖像中以黑色正方形表示的區(qū)域的放大率更高的圖像。
Figure 4. 上圖：轉(zhuǎn)移到SiO
2/Si襯底上后，在Cu箔（左列）、多晶Cu膜（中列）和外延Cu膜（右列）上生長的石墨烯的AFM圖像。中圖：在銅箔、多晶銅膜和外延銅膜上生長的石墨烯的暗視場光學(xué)圖像。底圖：中圖虛線正方形區(qū)域的高倍放大暗場光學(xué)圖像。
相關(guān)研究成果于2020年由賓夕法尼亞州立大學(xué)Benjamin Huet課題組，發(fā)表在Carbon（doi.org/10.1016/j.carbon.2020.02.074）上。原文：Fundamental limitations in transferred CVD graphene caused by Cu catalyst surface morphology。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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