科学家利用激光退火技术制备石墨烯

石墨烯是一种由碳制成的纳米材料，这种超薄材料不仅坚固，其优异的导电导热性质更是吸引了全世界科学家的目光。

我们的智能手机都含有一块明亮的AMOLED（主动矩阵有机发光二极体，ActiveMatrix／Organic Light Emitting Diode）显示屏。这些显示屏中的每个单像素后面都隐藏着至少两个硅晶体管，这种硅晶体管是基于激光退火技术大批量制造出的。利用传统方法制备这些材料通常需要1000℃的高温，而激光技术利用较低的温度便可达到相同的效果，甚至可以在塑料（熔点低于300℃）基底上制备。有趣的是，同样的操作工艺也可应用在石墨烯材料的制备上。

利用高分辨透射电子显微镜可观察到，经过30纳秒的激光脉冲，碳化硅（silicon carbide，SiC）基质便会融化分解成碳单层和硅单层。如果施加更多的激光脉冲，碳单层会组成石墨烯结构而硅则汽化分离。

来自基础科学研究所（Institute for Basic Science，IBS）多维碳材料研究中心（Center for Multidimensional Carbon Materials）的KEON Jae Lee教授研究团队，以及来自韩国科学技术院（KoreaAdvanced Institute of Science and Technology，KAIST）的CHOI Sung－Yool课题组，发现了利用激光诱导固相分离单晶碳化硅（SiC）的石墨烯合成机理。在这项发表在《自然·通讯》（Nature Communications）的研究中，介绍了如何利用激光技术将混合组分（SiC）分离成超薄的碳和硅单质。

尽管准分子激光对基本材料（如硅）转换的影响机制在一些基础研究中得到了解释，但由于复杂组分的相转移过程及超短的处理时间，激光对于多组分复杂体系（如SiC）的作用机制还很少被研究。

科学家利用高分辨率显微镜图像和分子动力学模拟发现，经30纳秒氯化氙准分子激光器的单脉冲照射熔化SiC时，可形成SiC液相层，其中上层为具有石墨晶畴的无序碳层（约2．5nm厚），下层为多晶硅层（约5nm）。随着脉冲强度增加，可引起硅的升华分离，而无序碳层将转变为多层石墨烯。

“这项研究表明，激光材料交互技术可成为下一代二维纳米材料研究的强大工具，” Keon教授说。Choi教授补充说：“未来我们可利用激光诱导复杂化合物相分离，并以此合成新型的二维材料。” IBS的Keon教授来自KAIST材料科学与工程学院，Choi教授来自KAIST电气工程与石墨烯研究中心。