在大规模电绝缘基板上制造单晶石墨烯片的方法可能有助于开发下一代基于纳米材料的产品，如非常轻和薄的触摸屏，可穿戴电子产品和太阳能电池。
在绝缘基板上生长的单晶石墨烯片的示意图。该方法可以增强下一代基于纳米材料的器件。图片来源：Springer Nature;经李俊柱等人许可转载（2022）。
大多数基于石墨烯的电气器件都需要绝缘支撑。另一方面，用于工业用途的石墨烯薄膜通常在金属基板上生成，如铜箔，然后被移动到用于器件制造的绝缘支撑。这种技术可以将污染物引入小工具中，从而降低其性能。在绝缘载体上开发石墨烯的尝试未能产生所需的高质量单晶。
如果石墨烯可以生长在具有干净界面的绝缘基板上，则某些器件可能会更好地发挥作用。这也为新型石墨烯基纳米器件打开了大门。
田波，阿卜杜拉国王科技大学研究联合主任和博士生
田在张锡祥的监督下进行了研究。
来自亚洲和欧洲的 Zhang、Tian 及其同事调整了化学气相沉积工艺，该过程依赖于铜催化的甲烷分解成碳前体，从而在称为 c 面蓝宝石的晶片级单晶衬底上生产光滑的单晶石墨烯单层。
在蓝宝石层上，科学家们将多晶铜箔转化为其单晶当量Cu（111），并从金属基底催化的甲烷分解中注入活性碳原子。碳原子通过金属层向铜 – 蓝宝石界面迁移，该界面充当模板，形成定向良好的石墨烯岛，最终在多个生长周期后组合成片状。
Tian声称，除了弱表面接触外，铜膜和蓝宝石还具有与石墨烯相同的晶格对称性，这证明了石墨烯单层的晶体结构是合理的。
为了允许碳扩散，科学家们使用氢氩等离子体刮掉积聚在铜片上的任何石墨烯。他们将样品浸没在液氮中，然后迅速将它们加热到500摄氏度，这使得研究人员能够在保留石墨烯单层的同时剥离铜片。
由蓝宝石生长的单晶石墨烯单层制成的场效应晶体管表现良好，并且具有更高的载流子迁移率。Tian认为，蓝宝石上生长的石墨烯表面的结晶度增加和褶皱减少有助于提高电子效率。
“我们的团队现在正试图在绝缘体支撑的石墨烯上种植其他二维材料，以构建功能化的大规模异质结构，”Tian总结道。即将到来的纳米器件可能会受益于这些由范德华相互作用结合在一起的异质结构。
MPE-CVD在绝缘衬底上直接生长单晶石墨烯的示意图。视频来源：施普林格自然;李军等 （2022）
期刊参考：
Li, J., et al. (2022) Wafer-scale single-crystal monolayer graphene grown on a sapphire substrate. Nature Materials. doi.org/10.1038/s41563-021-01174-1.
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