化学气相沉积

研究团队以镍晶格为原子级传质媒介，将待提纯的碳原料放置于单晶镍基底一侧，通过精准解析不同元素在镍中的吸附、扩散及析出能垒，构建了具有元素选择性的原子筛提纯机制。该提纯方法如同为碳原子打造了一条“高速专用通道”，仅允许碳原子在镍晶格中定向传质，并在界面处有序外延生长，从而实现了超高纯度单晶石墨晶体的制备。

在化学气相沉积过程中，二维材料的形成并不是“凭空生成”的，而是经历了一个从原子到有序晶体的逐步演化过程。其核心环节就是成核与外延生长。理解这两个过程，就能解释为什么有时材料长成单层，有时却出现多层堆叠；为什么有时晶体取向一致，有时却充满晶界缺陷。

过去几年，科学家们主要依赖低温化学气相沉积（CVD）来生长MAC。温度降到200–400℃，可以有效防止碳原子形成六角晶体结构，保证“无序”特性。然而，这种方法存在很多问题：金属污染、杂质吸附、面积难以放大……Lin教授及其团队提出了一种“无序到无序”的全新生长策略——不再依靠低温来“压制”晶体结构，而是利用无序的铜基底诱导碳原子的无序成核，直接在高温（高达820℃）下快速生成单层无定形碳。

张金灿教授聚焦石墨烯实用化进程中的核心挑战——大面积高质量薄膜的可控制备，系统介绍了其课题组在石墨烯化学气相沉积（CVD）生长、批量制备及前沿应用领域的突破性进展。针对石墨烯产业化应用中普遍存在的薄膜污染、制备效率低、转移损伤及器件性能瓶颈等关键难题，研究团队提出了系列创新解决方案并取得显著成果。

本研究提出了一种免转移（transfer-free）的氮掺杂石墨烯（N-Gr）薄膜的生长方法，采用低压化学气相沉积（LPCVD）技术，使用吡啶与乙醇的混合物作为前驱体，在4英寸蓝宝石晶圆上直接获得了氮掺杂石墨烯薄膜。其中吡啶为氮/碳源，乙醇的羟基在反应过程中具刻蚀作用，从而提升了石墨烯的品质。此外，探究了氮掺杂类型在反应过程中的演变规律及其对III族氮化物外延生长的影响。本文为氮掺杂石墨烯的直接生长提供了有效策略，并为石墨烯材料用于光电子器件功能层的设计提供了借鉴。

报告会上，时志远以 “熔融介质辅助化学气相沉积技术：从二维材料薄膜到二维材料粉体” 为主题，展开了一场干货满满的深度分享。他围绕团队在二维材料领域的核心科研成果，以严谨的逻辑与生动的阐述，由浅入深地进行剖析。

提出了一种利用氧化物基底(如SiO2/Si/SiO2、蓝宝石和石英)提供连续、稳定氧源的辅助氧气生长策略，以制备高质量单晶tBLG。氧气的存在还缩小了tBLG与AB-BLG之间的稳定性差异，使得双层石墨烯单晶中tBLG占比高达≈86.5%，并实现了从0°到30°的广泛扭转角分布。同时，该方法将tBLG的生长速率提升至≈450μm h-1，超过了此前报道的300μm h-1。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所时志远老师解析碳材料应用谱系，结合 CVD 法石墨烯粉体制备工艺特点，阐述了热重分析测试方法、光谱法的技术原理与验证数据，为标准中检测方法的科学性提供理论支撑。