石墨烯製備的新方法：激光誘導相分離

通過XeCl準分子激光照射，使得4H-SiC相位分離。

(圖片來源於：韓國基礎科學研究所)

引言

石墨烯，作為一種具有戰略意義的新材料，因其性能優異，已備受業界和科學界的關注。然而，石墨烯的製造工藝，是其能夠大規模產業化的關鍵。所以，今天帶大家一起看看韓國科學家是如何使用「激光誘導相分離」的方法製備石墨烯材料的。

激光技術應用於AMOLED顯示屏製造

目前，幾乎所有的智能手機都具有閃亮的平面主動矩陣有機發光二極體（AMOLED）顯示屏。然而在這些顯示器的背後，每個單像素都隱藏著至少兩個硅晶體管。這些硅晶體管的大規模生產使用了「激光退火」技術。傳統的製備方法，要求高於1,000°C的高溫。然而，激光技術可以在塑料基底（熔解溫度低於300°C）上，較低的溫度條件下，達到同樣的效果。

類似方法同樣適用於石墨烯製備

有趣的是，一種類似的流程可以用於生產石墨烯晶體。正如之前文中談及的，石墨烯是由碳原子組成的納米材料，它具有「最輕薄」、「強度最大」、「導電導熱性能最強」特性，引起了科學家和產業界的廣泛注意。

KEON Jae Lee 教授的研究小組，位於基礎科學研究所的多維碳材料中心。他們和韓國科學技術院（KAIST）教授 CHOI Sung-Yool一起，「使用激光誘導單晶碳化硅（SiC）的固態相位分離」。這項研究發表在《自然通信》雜誌上，闡明了激光技術可以分離複雜化合物（SiC），使之成為超薄的碳原子和硅原子。

雖然，之前有幾項基礎研究已經表明，「受激準分子激光器」在轉化基礎材料例如硅方面所取得的效果。但是，激光與更複雜的化合物例如（SiC）交互，目前研究還相對較少，這是因為該化合物「相變的複雜性和超短的處理時間」。

相分離過程的分子動力學模擬

(圖片來源於：韓國基礎科學研究所)

通過高解析度顯微鏡圖像和分子動力學模擬，科學家發現「氯化氙準分子激光器 」單脈衝照射30納秒，可以溶解SiC。經過分解後，原來的化合物分為「液態SiC層」，以及表面的「無序碳層」（2.5納米厚），碳層下面是「多晶硅層」（約5納米）。施加更多的脈衝，會使得「分離後的硅發生升華，而無序的碳層轉化為多層石墨烯」。

這項研究的意義如何？

Keon. Prof. Choi 教授補充解釋道：

「這項研究表明，「激光和材料的交互技術」有望成為新一代二維納米材料製造的強有力工具。未來，對於複雜化合物使用激光誘導相分離技術，有助於合成更多新型二維材料。」

參考資料

【2】Insung Choi, Hu Young Jeong, Hyeyoung Shin, Gyeongwon Kang, Myunghwan Byun, Hyungjun Kim, Adrian M. Chitu, James S. Im, Rodney S. Ruoff, Sung-Yool Choi, Keon Jae Lee.Laser-induced phase separation of silicon carbide. Nature Communications, 2016; 7: 13562 DOI: 10.1038/ncomms13562

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