旨在为工业应用生产二维材料(2DM)的大规模制造过程 基于质量和生产力之间的竞争。自上而下的机械解理方法允许获得纯净和完美的 2DM，但它们对于大规模制造来说是一个薄弱的选择。在《科学进展》的一份新报告中, Ji-Yun Moon 和英国、和韩国的能源系统、材料科学、物理学和纳米建筑学研究团队提出了一种层状工程剥离技术，可通过选择性厚度控制获得高达一毫米的大规模石墨烯。使用详细的光谱学和电子传输测量分析，该团队支持提议的剥落(碎片)机制。层工程剥离方法将为开发石墨烯和其他 2DM 的工业工艺铺平道路，用于电子和光电子领域的应用。

获得单层石墨烯的新方法

材料科学家首先使用自上而下的机械剥离成功地将单层石墨烯与三维 (3-D)石墨分离。石墨烯是一种独特的材料，由于其物理和化学成分，在电子、光电子和其他领域的各种应用中引起了极大的关注。在这项工作中，Moon 等人。引入了一种称为层工程剥离(LEE)的新技术来获得大面积石墨烯同时控制设置中石墨烯层的选择性数量。为了实现这一点，他们在预裂解的石墨上沉积了一层金 (Au) 薄膜，以选择性地剥离最顶层的石墨烯单层。然后，他们通过沉积包括钯 (Pd)、镍 (Ni) 和钴 (Co) 在内的不同金属薄膜来调整石墨烯的界面韧性，以获得层数可控的大面积石墨烯。机械剥离的石墨烯受其尺寸、产量和厚度控制的限制，目前不适合工业应用。研究人员以前曾考虑过气相沉积，但结果并不突出。如果一项新技术能够克服传统的剥离方法，研究人员将拥有一种有吸引力的替代合成方法来制备石墨烯。

实验——石墨烯的LEE

科学家们使用光谱学和电子传输研究来确认 LEE 方法开发的样品中不存在任何内在缺陷或化学污染。剥离方法是构建大面积二维异质结构以进行商业化的一种很有前景的方法。在石墨片剥落过程中，团队使用外部应力器弯曲表面在域边界处产生裂纹，裂纹沿金属-石墨烯界面传播，由于残余张力导致大面积剥落。例如，当团队使用金 (Au) 薄膜作为应力源时，Au-石墨烯和石墨烯-石墨烯之间的弯曲能允许分离单层而没有物理缺陷。月亮等人。定量分析了剥离单层石墨烯的尺寸和密度，以验证该技术的可靠性。结果表明，与通过传统方法剥离的石墨烯相比，平均面积增加了 4,200 倍。与相对于单层密度的标准机械剥离相比，LEE 方法还显示出更好的结果。该方法是可重复的，因此在实验室中以受控方法剥离单层石墨烯是可靠的。

表征 LEE 石墨烯

月亮等人。对LEE-石墨烯进行了拉曼光谱测量，以支持他们提出的碎裂机制，该机制对应力诱导的石墨烯剥落(碎裂)敏感。结果表明，当提起石墨烯以恢复正常剥离的石墨烯的原始特性时，LEE 过程中拉伸应变是如何释放的。通过额外的光谱学和显微镜研究，该团队确认了 LEE-石墨烯的质量。例如，原子力显微镜(AFM) 测量显示石墨烯表面没有明显的物理缺陷，例如裂纹、折叠或撕裂。结果，他们承认金属膜有效地保护了石墨烯的表面 来自 LEE 过程中的有机残留物。

LEE-石墨烯中的电子传输特性

科学家们通过对单层石墨烯器件进行电子传输测量，交叉检查了 LEE-石墨烯的质量，如光谱和显微镜结果所证明的那样。他们通过在无缺陷的六方氮化硼(hBN) 晶体之间封装石墨烯来实现这一点。hBN 为石墨烯提供了平坦干净的表面，并在剥离后保护材料免受污染。石墨烯器件的潜在波动值与之前工作中充分剥离的石墨烯器件相似，证明了这项工作中开发的器件的准确性。该团队计算了电子迁移率(µ) 器件在 300 K 时的大小，超过了先前工作中报道的石墨烯器件的量级，同时与其他地方通过标准剥离方法开发的石墨烯器件的迁移率相匹配。因此，该工作表明 LEE 技术不会降低石墨烯的质量。

通过这种方式，Ji-Yun Moon 及其同事使用并审查了 LEE(层工程剥离)方法，从天然石墨中获得了面积非常大的高密度石墨烯。为了实现这一目标，他们使用了不同的金属沉积技术来控制碎片深度并大规模生产层状工程石墨烯。新方法偏离了标准的去角质方法，只允许一次剥离过程。科学家们通过重复金属薄膜的沉积和撕裂过程，从同一片石墨薄片中获得了大面积的石墨烯。这项工作展示了层状工程石墨烯如何在大面积上剥离，为未来二维异质结构的工业应用的大规模制造铺平了道路。