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在材料的合成過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)對(duì)所獲得產(chǎn)品的固有特性和器件性能產(chǎn)生不利影響。在石墨烯中，這種影響尤其明顯，考慮到石墨烯的二維性，表面污染長(zhǎng)期以來(lái)一直是一個(gè)關(guān)鍵的、尚未解決的問(wèn)題。在這里，我們報(bào)告了石墨烯表面污染的起源，石墨烯的表面污染主要源于高溫下化學(xué)氣相沉積生產(chǎn)，而不是在轉(zhuǎn)移和存儲(chǔ)過(guò)程中。在本文，我們展示了可擴(kuò)展生產(chǎn)超凈石墨烯（> 99％干凈區(qū)域）的Cu基板體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。易于獲得的超清潔石墨烯片有助于提高光學(xué)透明性和導(dǎo)熱性，極低的電接觸電阻和固有的親水性。這項(xiàng)工作不僅為石墨烯的生長(zhǎng)開(kāi)辟了前沿領(lǐng)域，而且為將如此獲得的超潔凈石墨烯薄膜用于先進(jìn)應(yīng)用提供了機(jī)會(huì)

Figure 1. （a）石墨烯CVD生長(zhǎng)期間，sp²鍵合石墨烯的形成與富缺陷的無(wú)定形碳（a-c）之間的競(jìng)爭(zhēng)；（b）生長(zhǎng)后在銅箔上新鮮制備的石墨烯的AFM圖像；（c）通常生長(zhǎng)的石墨烯表面的TEM圖像；插圖：具有原子分辨率的干凈和受污染區(qū)域的HRTEM圖像；（d）使用Lorentzian線擬合分析不干凈石墨烯樣品中不干凈（藍(lán)線）和干凈（紅線）石墨烯區(qū)域的TERS光譜，以及同一區(qū)域（暗青色線）中石墨烯的原位遠(yuǎn)場(chǎng)拉曼光譜；插圖：平滑后D波段強(qiáng)度的TERS映射；（e）來(lái)自正常甲烷（藍(lán)色）和¹³C標(biāo)記甲烷（紅色）生長(zhǎng)的石墨烯受污染區(qū)域的D和G帶位置的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；插圖：同位素標(biāo)記石墨烯的代表性TERS光譜；（f）TiO₂可視化后的0.3 m×1-m大小的不清潔石墨烯的照片，iPad被用作尺寸參考；插圖：TiO₂顆粒修飾的石墨烯表面的暗場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（OM）圖像；比例尺：100μm。

Figure 2. （a）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的示意圖；插圖：銅箔和泡沫之間的間隙中銅與甲烷的相互作用；（b）生長(zhǎng)后在銅箔上新鮮制備的清潔石墨烯的AFM圖像；（c）超清潔石墨烯膜的TEM圖像；插圖：石墨烯的HRTEM圖像；（d）吸附在超潔凈石墨烯和不潔凈石墨烯上不同位置的TiO₂顆粒數(shù)量，誤差線代表相對(duì)偏差；插圖：TiO₂可視化后的米級(jí)超潔凈石墨烯的照片；（e）在有（紅色線）和沒(méi)有（藍(lán)色線）Cu泡沫的輔助下，在CVD長(zhǎng)期間在邊界層中收集的Cu納米顆粒上的碳納米顆粒（C sp。）的拉曼光譜；黃色和藍(lán)色矩形分別代表無(wú)定形碳和石墨烯相關(guān)的拉曼峰。

Figure 3. 轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基材上后，石墨烯表面非常干凈：在SiO₂/Si襯底上轉(zhuǎn)移的（a）不清潔石墨烯和（b）的AFM圖像；（c）SiO₂基材上超潔凈石墨烯（灰色，紅色線）和片狀石墨烯（黑色，藍(lán)色線）的高度直方圖，超清潔石墨烯的數(shù)據(jù)是從（b）圖中獲得的；（d）去除2H-PMMA后，SiO₂/Si襯底上轉(zhuǎn)移的超凈（紅線）和受污染的石墨烯（藍(lán)線）的ToF-SIM光譜圖；插圖（左）：2H-PMMA的結(jié)構(gòu)式；插圖（右）：從ToF-SIMS結(jié)果獲得的超凈（紅色）和受污染的石墨烯（藍(lán)色）的2H-峰強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

Figure 4. 超清潔石墨烯的光電性能：（a）石英襯底上單層、雙層和三層超凈石墨烯薄膜的紫外可見(jiàn)光譜；插圖：將大面積超清潔石墨烯和不清潔石墨烯轉(zhuǎn)移到PET基材上的照片，iPad用作尺寸參考；（b）測(cè)得的接觸電阻與柵極電壓的關(guān)系；（c）石墨烯電阻隨柵極電壓（V_g）變化的典型曲線圖；插圖：在1.9 K下，磁場(chǎng)強(qiáng)度為5 T時(shí)，超潔凈石墨烯的縱貫（R_xx，紅線）和霍爾電阻（R_xy，藍(lán)線）。 

相關(guān)研究成果于2019年由北京大學(xué)Hailin Peng和Zhongfan Liu課題組，發(fā)表在Nature Communications（https://doi.org/10.1038/s41467-019-09565-4）上。原文：Towards super-clean graphene。