石墨烯制备的新方法：激光诱导相分离

通过XeCl准分子激光照射，使得4H-SiC相位分离。

(图片来源于：韩国基础科学研究所)

引言

石墨烯，作为一种具有战略意义的新材料，因其性能优异，已备受业界和科学界的关注。然而，石墨烯的制造工艺，是其能够大规模产业化的关键。所以，今天带大家一起看看韩国科学家是如何使用「激光诱导相分离」的方法制备石墨烯材料的。

激光技术应用于AMOLED显示屏制造

目前，几乎所有的智能手机都具有闪亮的平面主动矩阵有机发光二极体（AMOLED）显示屏。然而在这些显示器的背后，每个单像素都隐藏着至少两个硅晶体管。这些硅晶体管的大规模生产使用了「激光退火」技术。传统的制备方法，要求高于1,000°C的高温。然而，激光技术可以在塑料基底（熔解温度低于300°C）上，较低的温度条件下，达到同样的效果。

类似方法同样适用于石墨烯制备

有趣的是，一种类似的流程可以用于生产石墨烯晶体。正如之前文中谈及的，石墨烯是由碳原子组成的纳米材料，它具有「最轻薄」、「强度最大」、「导电导热性能最强」特性，引起了科学家和产业界的广泛注意。

KEON Jae Lee 教授的研究小组，位于基础科学研究所的多维碳材料中心。他们和韩国科学技术院（KAIST）教授 CHOI Sung-Yool一起，「使用激光诱导单晶碳化硅（SiC）的固态相位分离」。这项研究发表在《自然通信》杂志上，阐明了激光技术可以分离复杂化合物（SiC），使之成为超薄的碳原子和硅原子。

虽然，之前有几项基础研究已经表明，“受激准分子激光器”在转化基础材料例如硅方面所取得的效果。但是，激光与更复杂的化合物例如（SiC）交互，目前研究还相对较少，这是因为该化合物「相变的复杂性和超短的处理时间」。

相分离过程的分子动力学模拟

(图片来源于：韩国基础科学研究所)

通过高分辨率显微镜图像和分子动力学模拟，科学家发现「氯化氙准分子激光器 」单脉冲照射30纳秒，可以溶解SiC。经过分解后，原来的化合物分为「液态SiC层」，以及表面的「无序碳层」（2.5纳米厚），碳层下面是「多晶硅层」（约5纳米）。施加更多的脉冲，会使得「分离后的硅发生升华，而无序的碳层转化为多层石墨烯」。

这项研究的意义如何？

Keon. Prof. Choi 教授补充解释道：

“这项研究表明，「激光和材料的交互技术」有望成为新一代二维纳米材料制造的强有力工具。未来，对于复杂化合物使用激光诱导相分离技术，有助于合成更多新型二维材料。”

参考资料

【1】https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000738/selectBoardArticle.do?nttId=13928&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=

【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:

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