石墨烯的外延生长是指将石墨烯的晶体结构与基底（通常是金属或半导体）的晶体结构相一致的生长过程。
这种方法对于获得高质量的单晶石墨烯至关重要，而单晶石墨烯对于各种电子应用至关重要。
什么是石墨烯的外延生长？ 4 个关键方面的解释
1.外延生长机制
石墨烯的外延生长通常是在铜（Cu）或镍（Ni）等金属基底上进行化学气相沉积（CVD）。
该过程首先将甲烷 (CH4) 等含碳气体引入反应室，然后将金属基底加热至高温。
气体中的碳原子沉积在金属表面，并重新排列形成石墨烯层。
金属基底的选择对生长机制有很大影响：
- 铜基底:由于铜的碳溶解度低，碳原子主要吸附在其表面并形成石墨烯。这将导致形成大面积、高质量的单层石墨烯。
- 镍基底:碳原子溶解到镍中，冷却后分离形成石墨烯。由于碳在镍中的溶解度较高，这种方法通常会形成多层石墨烯。
2.控制缺陷和层
外延生长石墨烯的质量在很大程度上取决于对缺陷和层数的控制。
空位、皱褶和官能团等缺陷会影响石墨烯的电子特性。
研究人员发现，在铜(111)表面外延生长石墨烯可以最大限度地减少皱褶和折叠等缺陷，从而获得更高质量的薄膜。
此外，控制石墨烯的层数和堆叠顺序也至关重要，尤其是在电子和超导应用领域。
3.在非金属基底上直接生长
在碳化硅或绝缘材料等非金属基底上直接生长石墨烯具有挑战性，因为它们的催化活性较低。
不过，金属辅助催化或等离子体增强 CVD 等技术可以增强在这些基底上的生长过程。
这种直接生长方法无需将石墨烯从生长基底上转移，从而减少了污染并提高了最终产品的质量，因此非常可取。
4.应用和未来方向
外延生长的石墨烯应用广泛，包括透明柔性电子器件、有机光伏 (OPV) 电池的导电阳极材料和场效应晶体管。
大晶粒石墨烯的开发以及在较低温度下控制石墨烯生长的能力对工业应用尤其具有吸引力，因为这有可能降低成本。
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