高質(zhì)量二維原子晶體的可控制備是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)的前提，目前是迫切需要優(yōu)先研究的重大基礎(chǔ)科學(xué)問題之一?？煽刂苽涞淖罱K目的是獲得大面積、單層和單晶結(jié)構(gòu)的二維原子晶體。

　　在中國科學(xué)院、科技部和國家自然科學(xué)基金委的大力支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機固體重點實驗室的相關(guān)科研人員最近在石墨烯、氮化硼的可控制備和性能研究方面取得重要進展，有關(guān)結(jié)果均發(fā)表在Adv. Mater.上。

　　介電層上直接生長單晶石墨烯?；瘜W(xué)氣相沉積法（CVD）因兼有高質(zhì)量和宏量的優(yōu)點已成為石墨烯制備的最重要的方法之一。但利用這種方法制備的石墨烯一般都需要轉(zhuǎn)移到其它介電層上，才能制備石墨烯器件和電路，轉(zhuǎn)移過程將帶來石墨烯破損、褶皺、污染以及材料浪費等問題。因此，能否在介電層上直接生長石墨烯就具有重要的科學(xué)意義和巨大的技術(shù)需求。它與目前硅電子學(xué)的加工工藝兼容，石墨烯不需要轉(zhuǎn)移，可以直接用于器件的制備和組裝。

　　在前期工作中，研究人員發(fā)明了氧輔助法，在二氧化硅絕緣材料上直接制備了石墨烯薄膜（J. Am. Chem. Soc. 2011， 133， 17548）。隨后他們又發(fā)現(xiàn)通過兩段化學(xué)氣相沉積方法，控制石墨烯的成核點和晶區(qū)尺寸，實現(xiàn)了在氮化硅表面上的直接生長。制備的石墨烯薄膜中石墨烯疇晶的尺寸達1μm，遷移率在空氣中可以達到1510 cm2 V-1s-1（Adv. Mater.， 2013， 25，992）。但上述兩種方法制備的石墨烯薄膜均為多晶結(jié)構(gòu)。本工作中他們開發(fā)了小氣流、長時間、在接近平衡態(tài)條件下的沉積方法，在多種絕緣基底上實現(xiàn)了微米尺度石墨烯單晶的非金屬催化生長和可控制備。最大石墨烯單晶尺寸達11微米，是文獻中報道的在氮化硼基底生長的石墨烯單晶尺寸的30倍。這種石墨烯單晶具有完美的晶體結(jié)構(gòu)，并且表面干凈、無褶皺、無破損。由它制備的場效應(yīng)晶體管的遷移率超過5000 cm2 V-1s-1。該研究成功地實踐了中華名言“慢工出細活”，即在小氣流、接近平衡態(tài)的條件下，由甲烷分解的碳原子有充足的時間重新自組裝成單晶石墨烯。