微波等离子体化学气相沉积法制备石墨烯的研究进展

涂 昕，满卫东，游志恒，阳 朔

(武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，湖北 武汉 430073)

0 引言

2004年，英国曼彻斯特大学的K．S．Novoselov等［1］采用微机械剥离法利用特殊胶带剥离高定向热解石墨(HOPG)首次获得了独立存在的高质量单层石墨烯。对其电学性能进行系统性的研究，发现石墨烯具有非常高的载流子浓度、迁移率和亚微米尺度的弹道输运特性，掀起了石墨烯的研究热潮。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构，是构成其他维数碳材料(富勒烯、石墨、碳纳米管等)的基本结构单元［2］。目前，石墨烯的晶体质量与尺寸制约了其在许多领域的应用，如何快速制备高质量、大面积石墨烯是研究者面临的难题。国际上制备单层和多层石墨烯CVD法主要有:MPCVD 法、DC－PECVD 法、RF－PECVD 法、HFCVD法、T－CVD法等。其中，可以工业化量产的只有MPCVD法和T－CVD法，最有希望将石墨烯应用到微电子技术领域的方法是MPCVD法［3］。

石墨烯具有优异的力学、热学、光学、电学性能，在场效应晶体管、大规模集成电路、透明导电膜、储能材料、传感器等方面有广阔的应用前景［4］。石墨烯与纳米碳管相比，其主要性能指标均相当甚至更好，而且石墨烯避免了碳纳米管研究和应用中难以克服的手性控制、金属型和半导体型分离以及催化剂杂质等难题［5］。发展可再生能源已经成为世界普遍关注的问题，石墨烯有望在能源转化和储存方面得到广泛应用，用石墨烯制造微型晶体管将能大幅度提升计算机的运算速度［6］。

1 几种制备石墨烯的CVD法

1.1 DC－PECVD 法

DC－PECVD法利用直流电压使得气体产生电弧放电，气体温度可达10 000 K以上，激发的等离子体能量密度高，相应的气体离化率也很高［7］，该法已被用来工业化量产金刚石厚膜。研究者一般采用氩气来稳定电弧放电，但即使这样DC－PECVD法制备过程中沉积状态依然是非稳态的，很难加以控制。由于DC－PECVD装置必须使用电极放电，无法避免会给腔体带来污染，而且电弧的点火和熄灭会对膜层和衬底材料产生巨大的热冲击，降低了膜－基附着力，使得生长的膜层很容易从衬底材料上脱落［8］。因为腔体通道喷口处产生的是高温、高焓的气体射流，所以DC－PECVD法制备石墨烯的温度较高(800 ℃以上)。Nan Li等［9］采用 DC－PECVD 法成功的在高纯度石墨棒上获得了氮掺杂的多层石墨烯，石墨烯层数为2～6层，尺寸大概100～200 nm。由于沉积过程中没有金属催化，避免了金属不纯带来的污染，而且实验不需要严格限定腔体的真空状态，该法制备石墨烯相对于制备富勒烯和碳纳米管更简单、更快捷。

1.2 RF－PECVD 法

RF－PECVD技术很早就被开发出来了，可以大面积、低温、均匀的在柔性衬底材料上生长膜层，而且容易掺杂，是一种成熟制备非晶硅薄膜的方法［10］。在衬底材料上制备绝缘薄膜的过程中，膜层表面易发生电荷积累现象，这会减小膜层沉积的厚度和速率，RF－PECVD法可以克服绝缘薄膜表面的电荷积累缺陷，提升薄膜沉积速率。因为电容两极加上了射频电源，所以RF－PECVD法也存在电极污染。RF－PECVD法制备石墨烯可以在相对较低的温度下进行(500℃以上)，但是沉积的速率不高(只有 0．2 μm/h)［11］。Enkeleda Dervishi等［12］研究者在 Fe－Co/MgO(2.5 ∶2.5 ∶95 wt%)的催化条件下利用RF－PECVD装置制备了石墨烯(3～5层)，这为低成本大量生产高质量石墨烯膜层提供了一种新的思路。

1.3 HFCVD 法

HFCVD法是成功制备金刚石薄膜的最早方法之一，该法设备比较简单，成本较低，可以增加热丝的根数来实现大面积生长，容易掺杂，工业上应用广泛［13］。通过金属丝(钨丝、钽丝)产生高温对气体进行热解得到很多高能量的粒子，调整气源种类在衬底材料表面沉积所需膜层。采用该法沉积石墨烯的衬底温度较高，制备过程中热金属丝(钨丝、钽丝)在高温环境中会被一定程度的碳化或发生变形甚至断裂，这会对真空腔体造成污染，而且长时间工作使得金属丝间的间距不好控制，导致基底表面不同区域的温度差异变大。基于上述原因，HFCVD法不适合用来制备高质量的石墨烯膜层(比如单层石墨烯)，而且衬底材料表面不同区域的石墨烯层数可能差异很大。Ranjit Hawaldar等［14］采用 HFCVD 法在多种衬底材料(铜箔、铝箔、SiO2、Si)上沉积了大面积的石墨烯，并且成功进行了掺杂。

1.4 T－CVD 法

T－CVD法成本相对较低，但是采用该法生长石墨烯衬底温度通常在1 000℃以上，而且冷却速率对这种方法制备的石墨烯层数会产生很大的影响［15］，这也是T－CVD法在可控生长高质量、大面积石墨烯的一大难题。T－CVD法通常是在石英管式炉中进行的，此法没有激发等离子体无法对衬底材料进行高效地加热，这也是基片沉积温度很高的主要原因。Li Xuesong等［16］采用T－CVD 法在铜箔衬底上生长厘米级的石墨烯膜层，只有不到5%的区域含有多层石墨烯，其他区域得到的都是单层石墨烯，膜层连续均匀地覆盖了铜箔表面的台阶和晶界处。

1.5 MPCVD 法

MPCVD法是高质量、大面积、快速沉积金刚石膜的首选方法。MPCVD装置经历了从最初的石英管式到中期的石英钟罩式再到现在的不锈钢谐振腔式的演变［8］。最初的石英管式MPCVD装置由于石英管的直径太小导致容易发生损坏甚至破裂，高的碳源浓度会致使侧壁烧坏。中期的石英钟罩式MPCVD装置也有致命的缺陷，即腔体气压如果在6．4 kPa以上，激发的等离子体球直径减小明显，沉积区域变小。现在使用的不锈钢谐振腔式MPCVD装置克服了石英管式和石英钟罩式的缺点 ，就等离子体与微波的耦合方式看，有直接耦合式(Sydner大学的不锈钢圆筒腔式等)和天线耦合式(美国As-TeX公司生产的5200系列以及5250系列MPCVD装置等)两种类型。其中天线耦合式可以利用天线将TE10模式频率为2450MHz微波转变为TM01模式，腔体反应室加入了水冷系统可以在高功率条件下长时间工作。

近些年来，研究者为了进一步加强等离子体密度，开发了电子回旋共振 MPCVD装置(ECRMPCVD)［17］，电子在引入的外加磁场作用下做圆周运动，若其频率为2 450 MHz，则发生回旋共振，这就增强了等离子体密度。ECR－MPCVD装置的优势是可以在低气压、低温条件下生长高质量的膜层。

MPCVD装置的微波功率也在不断提高，可以更加快速地制备高质量膜层。与此同时，研发人员将微波的频率从2 450 MHz降低到了915 MHz［18］，这使得驻波腔的截面积加大，这扩大了膜层的生长面积。1999年，德国Fraunhofer IAF公司开发出了功率高达60 kW，频率为915 MHz的椭球形MPCVD设备。

相对于其他的CVD法，MPCVD法采用微波激发等离子体，没有电极污染，所激发的等离子体密度高，可以高效的对基底材料进行加热从而降低了石墨烯衬底沉积温度(Golap Kalita等［19］在240℃的低温下利用MPCVD法在铜箔上制备出石墨烯)，可以在绝缘体、半导体、导体等不同的衬底材料上制备石墨烯，并且容易进行掺杂。在工艺中可以选择多种类型气体作为气源，沉积过程中功率调节稳定平缓使得衬底表面不同区域沉积温度连续稳定变化。

2 MPCVD法制备石墨烯的研究

MPCVD法常被用来制备碳纳米墙、碳纳米管、金刚石薄膜等新型碳材料［20］，近些年来也被用来制备石墨烯。文章分别从MPCVD法制备石墨烯的工艺、MPCVD法在不同衬底材料上制备石墨烯两个角度综述了对MPCVD法制备石墨烯所进行的研究。

2.1 MPCVD法制备石墨烯的工艺

由于MPCVD法激发的等离子体密度高，能够对衬底材料进行高效加热，所以该法可以降低基底的沉积温度(240～700℃)。

Golap Kalita等［19］采用表面波耦合式 MPCVD装置在240℃的低温条件下在铜箔上沉积石墨烯，C2H2和Ar作为气源，生长时间仅为2～4 min。同样是以铜箔作为衬底材料，C2H2和Ar作为气源，Rajesh Thomas等［17］采用电子回旋共振 MPCVD(ECR－MPCVD)装置仅用2～5 min在700℃温度条件下生长石墨烯。如图1(a)、(b)所示，分别是Golap Kalita组和Rajesh Thomas组在铜箔上制备石墨烯样品的拉曼光谱图。从图(a)可以看出，清晰可见的2D峰说明在240℃低温下铜箔上生长了石墨烯层，当衬底沉积温度低于300℃的时候ID+G变大，表明膜层中缺陷结构增多，温度稍微提高后膜层的质量也提高了。从图(b)可以看出，铜箔上生长的石墨烯层数不止一层，I2D明显比IG小，而且ID相对较大，表明制备的样品含有一定量的杂质和缺陷，在铜箔晶界处生长的石墨烯层数比其他区域层数多。对比图1(a)、(b)发现虽然在240℃条件下生长的石墨烯膜层质量有所下降，但是差别不大，这为将来在更低温度条件下采用MPCVD法生长石墨烯提供了依据。

图1 不同温度下生长石墨烯的样品拉曼光谱图

A．Kumar等［21］采用 MPCVD 设备在铜箔上制备出高质量的石墨烯样品。采用H2和CH4作为气源在700℃的温度条件下进行沉积，生长时间不超过2 min，对制得的样品进行了拉曼光谱的检测如图2(a)所示。同样以铜箔作为基底材料，H2和CH4作为气源，Hui Bi等［22］采用 T－CVD 法在1 000 ℃以上的高温条件下沉积石墨烯，整个生长过程持续了40 min，如图2(b)为其制得样品的拉曼光谱检测图谱。对比图2(a)和图2(b)可以看出1 000℃高温生长的石墨烯层在1 356 cm－1处出现了明显的 D峰，说明样品存在一定浓度的缺陷，质量不是很好；而700℃条件下MPCVD法生长的石墨烯样品D峰强度弱，30 s、1 min、2 min生长的样品的 D峰与 G峰强度比值ID/IG最大只有0．75，杂质和缺陷少，质量很好，体现了MPCVD法能够在低温条件下生长高质量石墨烯的优势。

图2 不同温度下在铜箔上制备石墨烯的样品拉曼光谱图［21－22］

由于研发人员开发出了ECR－MPCVD装置，电子回旋共振使得腔体内气体分子高效地被分解和离化，大大加强了等离子体密度，使得在较低的气压条件下0．1 ～1．0 Pa，ECR－MPCVD 法可以在很低的离子能量小于20 eV下维持高密度的放电［8］，这为低压下石墨烯的沉积提供了条件。

Chao Wang等［23］采用 ECR－MPCVD 装置在硅片上沉积石墨烯层，沉积气压只有0．04 Pa，整个生长过程持续了15 min。经过检测发现膜层中sp2杂化轨道的碳原子含量超过70%，膜层的摩擦系数很低，可以作为耐磨涂层。Rajesh Thomas等［17］也采用ECR－MPCVD装置在0．07 Pa的低压条件下成功制备了石墨烯。Takatoshi Yamada等［24］利用表面波耦合式MPCVD装置在33 μm厚，294 mm宽的大面积铜箔上制备了石墨烯，沉积的气压小于10 Pa，将石墨烯层转移到PET塑料膜上检测发现其在400～800 nm波长范围内的光学平均透过率为95.2%。上述实验研究证明MPCVD法可在很低的气压条件下获得高质量的石墨烯膜层。

2.2 MPCVD法在不同衬底材料上制备石墨烯

就目前的研究现状来看，MPCVD法在绝缘体、半导体、导体衬底材料上均可以成功制备石墨烯。由于衬底材料的选择面广泛，MPCVD法可以在金属衬底(如铜箔、镍箔、铝箔等)材料上利用金属的催化作用生长石墨烯，也可以在没有任何催化作用的衬底(如Si、SiO2、金刚石膜等)材料表面生长石墨烯，甚至可以在没有任何衬底材料的条件下获得石墨烯膜层［25］。研究发现碳溶解度比较低的金属Cu作为衬底材料制备石墨烯是非常具有吸引力的，因为价格便宜，而且在上面制得的石墨烯容易转移到其他目标衬底上［26］。

Xiao Xingcheng等［27］研究者采用 MPCVD法在硅片上沉积了自支撑纳米层状石墨烯，摒弃了传统的“自上而下”方式从石墨中获得石墨烯层，选择“自下而上”的生长模式，这样减少了石墨烯膜层中杂质的含量。经过检测后发现获得的石墨烯层有着明显的褶皱和十分稳定的松散结构，层数少于10层，相比之下采用传统的“自上而下”方式获得的石墨烯层需要在表面活性剂和静电稳定的帮助下才能避免自发聚集或重复堆叠。

简单、低成本量产石墨烯对于石墨烯基材料的应用至关重要，这需要研究者开发出有很强制备重复性的技术。Alexander Malesevic等［28］尝试采用Iplas Cyrannus的MPCVD装置在没有催化作用的表面或任何能够承受700℃高温的衬底材料上制备自支撑石墨烯层，结果发现在石英、硅、镍、铂、锗、钛、钨、不锈钢、钽和钼等衬底材料上都获得了垂直于其表面的微米宽度自支撑石墨烯层4～6个原子层。如图3所示是分别在硅片、石英片、铂衬底表面制备石墨烯样品的X射线光电子能谱图XPS，生长时间分别为 10 s、20 s、40 s、80 s。对于硅片和石英片作为衬底材料的样品，由于和石墨在晶格参数上有着很大的差异，导致在衬底材料表面和石墨烯层之间还有无定形碳的中间层存在，这可以明显从图3短时间生长10 s、20 s、40 s较高的结合能下碳峰值位置的滑移(不对称碳峰形)现象中看出，而铂衬底材料与石墨良好的晶格匹配度使得在其上面制得的石墨烯样品没有无定形碳中间层存在。随着生长时间的延长80 s及以上，石墨烯层覆盖了衬底材料表面，碳化物和无定形碳在光谱中消失，最终所有的样品都呈现出相同的光谱。Alexander Malesevic团队的研究为MPCVD法量产自支撑石墨烯层提供了依据，与目前工业技术相比该技术拥有更大的发展潜力。

图3 分别在硅片、石英片、铂衬底表面制备的石墨烯样品的X射线光电子能谱图(XPS)生长时间分别为 10 s、20 s、40 s、80 s［28］

Albert Dato等［25］采用 2.45 GHz的 MPCVD设备在没有任何衬底材料的情况下制得了石墨烯，直接将乙醇液滴用气雾喷发器喷入Ar激发的等离子体中，在很短时间内乙醇液滴蒸发并在等离子体诱导下解离，形成固态物质从而生长石墨烯。

3 MPCVD法制备石墨烯的应用

石墨烯中的碳原子间连接柔韧，当有外力施加时碳原子面发生弯曲变形，这样碳原子不需要重新排列来维持晶体结构的稳定性。石墨烯具有室温下最高的热导率5 000 W/(m·K)［29］和很高的杨氏模量 1．0 TPa［30］；在可见光波长范围内具有极高的光学透过率最高达到97．7%；在电学性能上石墨烯的电子运动速度可以达到光速的1/300，室温下电子迁移率高达15 000 cm2/(V·s)［31］，这在所有材料中具有独特性，另外石墨烯还具有室温量子霍尔效应［32］以及铁磁性［33］。下面列举了 MPCVD 法制备的石墨烯的应用。

3.1 透明电极领域的应用

目前，电子设备上使用的透明导电电极材料大部分是采用铟锡氧化物透明导电膜制成，ITO膜在可见光波长范围内具有很高的光学透过率(90%)，而且表面接触电阻很低10～50 Ω·sq－1，在理论上尺寸不受限制［34－35］。但是，典型的柔性衬底材料(如聚对苯二甲酸乙二酯，PET)在ITO膜通常的制备温度环境中Tg＜200℃容易发生变形。因此，聚合物衬底材料表面上的ITO膜必须在室温条件下进行溅射和退火处理才能应用于柔性电极领域［36］，由于其较低的载流子浓度和很高的缺陷密度导致非晶化现象出现和电学性能的下降。研究者尝试采用包括金属网膜、导电聚合物膜以及碳纳米管来代替ITO薄膜，但是由于生产成本过高和性能表现不佳这些替代电极都没有达到实用化的程度。

不同与透明电极材料，石墨烯基透明电极表现出优异的性能。Jaeho Kim等［37］采用MPCVD法在23 cm×20 cm的大面积铜箔上沉积石墨烯层，制备过程在低温300～400℃条件下进行。先将制得的石墨烯膜层转移到玻璃基板上测试发现在400～800 nm波长范围内膜层的平均光学透过率达到81%，然后将获得的石墨烯样品制备成电容式触控面板材料(如图4所示)，经测试发现触摸面板对手指触碰具有很强的灵敏度。同样，Lianchang Zhang等［38］也采用MPCVD法在不同的衬底材料上金属、半导体、绝缘体沉积石墨烯，在10．2 cm的圆片上获得具有很好均匀性的纳米石墨烯膜层，以石英片和载玻片作为衬底材料制备的石墨烯样品具有相对较低的表面电阻值7 kΩ·sq－1，控制生长时间可以获得很高光学透过率最高达到92%的样品，如图5所示是直径为10．2 cm石英片上制备的纳米石墨烯膜图。以上研究表明MPCVD法制备的石墨烯很有希望应用到透明电极材料上，并且表现出比ITO透明导电膜更好的性能从而代替他。

图4 Jaeho Kim等［37］制备的石墨烯基电容式触控面板材料实物图

图5 Zhang Lianchang 等［38］在直径为10．2 cm石英片上制备的纳米石墨烯膜实物图

3.2 场发射电子设备中的应用

近些年来碳纳米基材料在冷阴极场发射效应设备中的应用引发了研究者极大的兴趣，特别是类金刚石(DLC)材料和纳米碳管材料得到广泛的应用，由于石墨烯仅有一个碳原子的厚度，拥有很好的导电性能和高的比表面积，使得能被制备成优良的场致发射电子设备(如场效应晶体管等)，纳米石墨烯膜尖锐的边缘使得其具有提供良好的场增强性能的潜力，成为碳纳米基材料在场发射电子设备中应用的新成员［39－42］。目前阻碍石墨烯基场发射电子设备应用的最大障碍是缺乏可重复性工业化量产的技术［43］，机械剥离法和外延生长法虽然能够制备单层、双层或多层的石墨烯，但是不适合用来量产，化学氧化还原法虽然能够量产石墨烯，但是在氧化和还原过程中不可避免的造成原子缺失而导致制得的石墨烯缺陷较多并且导电性很差［44］。

Alexander Malesevic等［43］在没有任何金属催化条件下采用MPCVD法在硅片和钛片上制备石墨烯层，经过检测发现4～6层石墨烯垂直的生长在衬底材料表面。将样品进行场致发射性能测试发现开启电场低到仅有1 V/μm，而场放大系数则高达数千倍，表现出了良好的场致发射特性。另外，通过调整H2和CH4的浓度比发现当H2含量增加时等离子体对无定形碳缺陷的刻蚀程度更高，这使得石墨烯层的边缘更加尖锐提高其场发射性能。在钛片衬底上沉积的石墨烯层相比于在硅片衬底上沉积拥有更好的场发射性能，这是钛片比硅片有更好的导电性。Lu Zhanling等［45］也采用 MPCVD 法在镀有 Fe－Ni－Cr膜层的陶瓷衬底上在金属催化作用下生长石墨烯，发现Fe－Ni－Cr膜层的微观结构对石墨烯可控生长起着关键作用。Fe－Ni－Cr膜层分别在300℃和室温下溅射到陶瓷上作为衬底材料，经过检测得出室温下溅射的Fe－Ni－Cr膜层晶粒尺寸＜10 nm比300℃下溅射膜层晶粒尺寸100 nm小很多，而晶粒尺寸更小的Fe－Ni－Cr膜作为衬底材料更容易获得层数可控的石墨烯层。如图6所示是Lu Zhanling团队制备石墨烯样品和碳纳米管(CNTs)样品的I－V图，石墨烯和碳纳米管开启电场分别为1.26 V/μm和 1.15 V/μm，当电场为 2.2 V/μm 时石墨烯样品和碳纳米管样品电流密度分别为2.1 mA/cm2和2.4 mA/cm2，两个样品的场发射性能基本上差不多，与碳纳米管相比石墨烯基发射器可以避免电场屏蔽从而使得发射点更为均匀。

图6 Lu Zhanling等［45］制备的石墨烯样品和碳纳米管(CNTs)样品的I－V图

Pejman Hojati－Talemi等［46］采用 MPCVD 法对制得的石墨烯样品进行热处理，发现经过氩等离子体处理后的石墨烯样品表现出更好的场发射性能，这是由于热处理减少了样品中杂质的含量。上述研究充分说明MPCVD法制备的石墨烯能够应用在场发射电子设备上。

3.3 传感器领域中的应用

目前，纳米金属和碳纳米管的复合纳米材料已经应用到传感器领域并表现出很好的性能，开发出具有宽泛传感范围满足现代传感器要求的大面积纳米制备技术仍是一大挑战。C．C．Jonathan等［47］尝试制备基于多层纳米石墨烯片、纳米铂粒子、生物识别元素(葡萄糖氧化酶)复合的大面积纳米结构生物传感器。采用MPCVD技术在镀有金属钛膜的硅片上制备多层纳米石墨烯片(MGPNs)，经过隧道电子显微镜检测发现MGPNs均匀地生长在衬底表面，平均层数为12层，为增强铂纳米粒子与MGPNs的附着力和提升MGPNs的电化学性能，研究者采用氧等离子对制得的MGPNs进行了30 s的刻蚀处理以减少MGPNs中缺陷含量。将制备的纳米复合生物传感器进行灵敏度和传感范围测试发现其对H2O2灵敏度是传统铂纳米粒子、高温定向热解石墨(HOPG)复合生物传感器的5倍，可以探测到0．3 μm大小的葡萄糖生物酶，传感范围从 0．01 ～50 mm，而且可以在长达一个月时间内保持高灵敏度传感，还可以用来探测人血清样品中的干扰物，这些都是传统的电化学生物传感器难以企及的。Soleymani团队正在致力于研究这种新型的MGPNs基生物传感器的微观结构与酶生物传感灵敏度之间的关系，进一步通过MPCVD法改变MGPNs层的微观结构来提升MGPNs基生物传感器的性能，将其应用到医学、农业、食品安全等领域。

机械剥离法制备的石墨烯已被证明可以用来探测NO2气体，而且灵敏度相当高，这是由于石墨烯拥有较高的载流子迁移率［48］，但是众所周知机械剥离法无法量产高质量石墨烯，所以急需一种可以大规模工业化生产高质量石墨烯的技术来将石墨烯应用到气体传感器领域中。Rakesh K．Joshi等［49］采用MPCVD技术在镀有金属镍膜的硅片衬底上制备石墨烯膜层，经过检测发现石墨烯层数为6～8层。将获得的石墨烯制备成气体传感器来探测O2、CO和NO2，发现室温下石墨烯基气体传感器对浓度非常低(100 mg/L)的目标气体(O2、CO、NO2)均有很高的灵敏度，暴露在CO气氛中的石墨烯基气体传感器的电阻值升高，暴露在O2或NO2气氛中其电阻值降低，在相同的条件下同一个样品选取不同的接触点重复测试三次发现石墨烯基气体传感器的灵敏度几乎不变。Rakesh K．Joshi表示将该传感器做成芯片可以实现工业化应用，石墨烯基气体传感器具有很强的可靠性和可重复性。

传统的玻碳电极和铂电极被用来探测BNADH还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸存在几个难以解决的问题如电压过大、表面反应物的污垢吸附强等，而石墨烯基电极由于高的化学惰性和低的背景电流避免了上述问题，非常适合用来制备电化学生物传感器。Zhipeng Wang等［50］首次将MPCVD法制备的石墨烯基电极材料用来探测NADH，结果发现灵敏度很高。上述研究证明MPCVD法制备的石墨烯能够在传感器领域发挥巨大的作用。

4 展望

虽然MPCVD技术发展到现在已经取得了进步，但是采用MPCVD法制备石墨烯却是近些年才开始的，我国目前在这个研究领域与国外发达国家存在很大差距。怎样减少制备过程中的能量消耗和缩短石墨烯层生长时间来降低MPCVD法制备石墨烯的成本；怎样改善设备结构和调整工艺来精确控制石墨烯的层数和均匀性；怎样直接在目标衬底材料表面制备石墨烯而省略石墨烯的转移步骤；这些都是研究者未来需要解决的难题。如果上述难题能够得到解决，那么MPCVD法高速率、高质量、大面积可控生长石墨烯将得以实现，石墨烯材料会在各个领域发挥巨大的作用。

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