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摘要：近年来，石墨烯的应用越来越广泛，然而大晶区石墨烯的制备仍面临着一系列问题。本文综述了基底处理对石墨烯大晶区成核和生长的影响，并探讨了一些新方法，如化学气相沉积、分子束外延、低压热解法等，在基底处理方面的应用。
关键词：石墨烯、大晶区、基底处理、化学气相沉积、分子束外延、低压热解法
1. 引言
石墨烯是由碳原子构成的一个二维材料，已被广泛应用于电子器件、储能材料、透明导电膜等领域。然而，在实际应用中，要获得大尺寸、高质量的石墨烯仍具有挑战性。其中，石墨烯的成核和生长是两个关键问题。成核是指在基底上形成第一层石墨烯晶核，其形态和尺寸对后续石墨烯生长过程及其性能造成重要影响；生长是指形成完整的石墨烯晶体，长大到足够的尺寸以便进行后续的实验和应用。
在石墨烯的生长中，基底处理对石墨烯晶核的形态和尺寸、晶体生长速率等均有重要影响。本文将综述基底处理对石墨烯大晶区成核和生长的影响，并探讨一些新方法在基底处理方面的应用。
2. 基底处理对石墨烯大晶区成核的影响
清洗处理
在石墨烯生长前，基底清洗处理是必不可少的一步。一般来说，基底的表面应该保持干净、平整、无缺陷。基底的清洗处理可以通过化学法、物理法或者其它方法实现。常用的化学清洗方法包括酸洗、碱洗、氧化剂氧化等。酸洗和碱洗可以去除基底上的杂质，如有机物、氧化物等；氧化剂氧化则可以制备出平整且清洁的基底表面。但需要注意的是，过度清洗会从侧面影响到石墨烯的成核和生长，如基底表面的平整度不足、表面化学性质改变以及杂质在石墨烯晶核处的蓄积等。
基底选择
基底的选择是另一个影响成核和生长的因素。常用的基底有金属基底和非金属基底。金属基底具有较高的导热性和化学稳定性，但易出现金属和石墨烯之间的反应，如Ni和Cu都可能形成碳化物或氧化物，影响石墨烯的生长和性质；非金属基底则通常选用氧化物或氮化物基底，如SiO2或Al2O3，这些基底具有良好的化学稳定性和平整度，但其对于石墨烯的成核和生长动力学的影响较大，如Al2O3基底上石墨烯晶核密度高、尺寸大，SiO2则相反。此外，通过在基底表面添加靶片、离子束打磨等方法，也可以控制石墨烯晶核的形态和尺寸。
基底表面官能团修饰
除基底表面杂质的除去和基底选择外，对基底表面的官能团修饰也可以实现对石墨烯晶核的调控。比如，利用高温氧化制备出的纯净SiO2表面可能带有羟基、氧羰基等官能团。这些官能团可通过多种方法进行修饰，如氮气等离子体处理、化学修饰法等，以达到改变表面成分、增加表面缺陷、控制表面化学性质等目的。通过对基底表面官能团的修饰，可以调控石墨烯晶核的成核位置和尺寸，实现大晶区石墨烯的生长。
3. 基底处理对石墨烯大晶区生长的影响
化学气相沉积
化学气相沉积（CVD）是一种石墨烯生长方法。在该方法中，石墨烯的成核和生长受基底表面的影响非常大。实验中通过在SiO2/Si基底表面引入Ni基本造型催化剂，改善Ni和石墨烯之间的亲和力，实现了大晶区石墨烯的生长。而在SiO2表面引入碳纳米管则改变了石墨烯的成核位置和晶核形态，从而增加石墨烯的尺寸。
分子束外延
分子束外延（MBE）是一种利用分子束束流对基底表面进行原子、分子沉积的方法，也可以用于石墨烯生长。在MBE中，基底表面通过吸收分子束中的碳原子实现生长。近年来，研究人员发现，MBE生长大晶区石墨烯可以通过基底表面的处理实现。其中，提高基底表面温度、氧化剂预处理等均可改善MBE生长的石墨烯品质。
低压热解法
低压热解法（LPCVD）是一种通过热分解一种有机材料来制备石墨烯的方法。该方法可以在单晶Cu等金属上生长质优且大面积的石墨烯，而石墨烯晶核的成核和生长动力学则通过研究基底表面官能团等因素进行调控。
4. 结论
综上所述，基底处理在石墨烯大晶区石墨烯晶核的成核和生长中起到至关重要的作用，其中，基底清洗处理、基底选择和表面官能团修饰均能对石墨烯的成核和生长动力学产生影响。通过合理的基底处理，可实现大晶区、高质量的石墨烯生长。随着先进制备技术的不断发展，石墨烯的制备方法将越来越多样化和完善化。这将为石墨烯的发展和应用提供更为广阔的发展空间。