二维材料凭借独特的光、电、磁性能，在集成电路、生物传感、能源存储等领域具备核心应用价值，化学气相沉积（CVD）是其规模化合成的主流方法。但传统 CVD 技术始终面临通量低、过程可控性差、重复性不足的瓶颈，核心原因是无法对二维材料全生长过程进行实时、无损监测，电子显微镜等手段又受设备体积、监测条件限制，难以适配高温生长环境。
成果掠影
这篇发表于《Trends in Chemistry》的综述，聚焦光学可视化化学气相沉积系统在二维材料生长中的应用，系统梳理了该技术的设备研发、材料合成应用与拓展方向。研究团队来自中国科学技术大学、中科院苏州纳米所等单位，依托自研光学可视化 CVD 平台，完成了多项关键突破：在石墨烯生长中，通过辐射模式光学成像实现 Cu、Ni、Pd 基底上石墨烯生长与降解过程的实时观测，依托 CH₄/H₂比例调控实现单层与双层石墨烯的可控生长；针对 TMDCs 材料，借助熔盐辅助液相外延技术，在 850℃下实时观测 MoS₂单层液相边缘外延过程，明确其生长动力学机制；基于二维直拉法，成功制备厘米级、高均匀性 MoS₂单晶，缺陷密度显著降低；同时实现 CdI₂/WS₂等二维异质结的生长模式调控，区分出匀速生长与尺寸依赖型生长两种机制。在二维稀土材料方面，实时观测 EuOCl、LaOCl 等 LnOCl 材料的形核与合并过程，制备出的二维稀土材料作为栅介质，使 MoS₂器件开关比达 10⁷，亚阈值摆幅低至 77.1 mV dec⁻¹。此外，该技术还实现了 Bi 金属二维化、CoTe₂等难合成二维材料的可控制备。
研究方法
该综述的核心亮点在于，明确了光学可视化 CVD 系统的三大技术路径：商用管式炉光学通道改造、CVD 反应器微型化、定制化微型反应腔设计，解决了高温生长与光学成像的兼容难题；将光学成像与拉曼光谱、同步辐射 X 射线衍射等谱学技术结合，实现生长过程中物相、成分的同步监测；融合机器学习与自动化技术，通过实时图像数据训练模型，精准预测并合成大面积单层 MoS₂，搭建起二维材料智能生长的基础框架。
图文解析
图 1 光学可视化化学气相沉积（CVD）系统
图2。用于tmdc的石墨烯生长和液相边缘外延生长检测的光学可视化CVD系统
图3。用于tmdc和异质结构设计生长的光学可视化CVD。
图4 光学可视化CVD实现2D稀土材料合成
图5 通过光学可视化CVD对2D材料生长进行光谱监测和智能自动化
图6。光学可视化化学气相沉积系统：二维材料生长中的范式融合与未来展望。CVD：化学气相沉积。
总体而言，光学可视化 CVD 系统以原位、无损、低成本的实时监测方式，突破了传统二维材料 CVD 生长过程不可视、难调控、重复性差的核心难题，为石墨烯、TMDCs、二维稀土材料等的生长机制解析、大面积高质量合成提供了关键技术支撑。同时，综述也指出了该技术目前在腔体热效率、成像分辨率、晶圆级适配性上的局限，并提出设备优化、谱学深度融合、标准化智能生长三大未来发展方向，为二维材料从实验室研究走向工业化量产奠定了理论与技术基础。
本文通过梳理与研发光学可视化化学气相沉积系统，实现二维材料生长全过程实时无损监测，解决了传统 CVD 生长难调控、重复性差、机制不清晰的问题。
文章标题：Optical-visualization chemical vapor deposition systems for 2D materials
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.trechm.2026.01.005
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