高質(zhì)量二維原子晶體的可控制備是基礎研究和應用開發(fā)的前提，目前是迫切需要優(yōu)先研究的重大基礎科學問題之一。可控制備的最終目的是獲得大面積、單層和單晶結構的二維原子晶體。

　　在中國科學院、科技部和國家自然科學基金委的大力支持下，中國科學院化學研究所有機固體重點實驗室的相關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，有關結果均發(fā)表在Adv. Mater.上。

　　介電層上直接生長單晶石墨烯。化學氣相沉積法（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移到其它介電層上，才能制備石墨烯器件和電路，轉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意義和巨大的技術需求。它與目前硅電子學的加工工藝兼容，石墨烯不需要轉移，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構。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構，并且表面干凈、無褶皺、無破損。由它制備的場效應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。