顶刊Adv. Mater接连报道CVD石墨烯膜研究进展

Advanced Materials：

通过冷冻转印介质实现石墨烯膜的全干转印

化学气相沉积（CVD）生长的石墨烯薄膜想要在工业领域得到大规模应用，急需解决将石墨烯从生长基底转移到特定应用基底的技术难题。

目前常用的转移方法需要使用有机溶剂、蚀刻剂和强碱，产生的废液较多，提高了环境治理的成本，因此在工业批量加工中，通过干法转移石墨烯最有发展潜力。然而，想要精确控制界面附着力实现无裂纹和无污染转移的难度较大，石墨烯的批量化全干式转移仍无法实现。

2024年1月30日，Advanced Materials报道了研究人员通过冻结转移介质来诱导聚合物链的交联，成功地调整了聚合物与石墨烯之间的粘附力，从而实现了石墨烯晶片的全干式转移。

研究人员以PVA与山梨醇分子混合作为转移介质，转移介质层与石墨烯形成很强的粘附性，使石墨烯可以从氧化的Cu表面直接剥离。之后将石墨烯层压到目的衬底上后，在零下80°C以下冻结整个薄膜，石墨烯与聚合物之间粘附力被削弱，促使PVA薄膜从石墨烯表面干燥分层，从而留下一个超洁净的石墨烯表面。

研究表明，附着在PVA链上的山梨醇捕获了大量的水分子，这种水分子在冻结后会形成强烈的氢键，使聚PVA链关闭并诱导其交联。此外，由于降低了掺杂量和应变水平，该转移途径提高了石墨烯的电子质量，并被证实适用于其他二维材料和不同的目标衬底。

这项工作为二维材料的转移提供了一种低成本的批量转移方法，并为调整界面粘附力提供了一条途径，从而使范德华异质结构的转移制造成为可能。

Advanced Materials：

单层石墨烯膜表面“针孔”沉积锌

金属负极的使用寿命与充放电过程中金属的沉积形貌密切相关。大量的证据表明，平整而致密的锌沉积层可以通过抑制枝晶/副反应获得，从而延长电池寿命。

石墨烯材料由于与Zn(002)晶面具有较高的晶格匹配度而备受关注。然而目前报道的研究主要依赖于粉体石墨烯材料，无法避免地引入石墨烯边缘缺陷及受到层数不均的影响。

2024年2月7日，Advanced Materials报道了研究人员将化学气相沉积(CVD)生长的石墨烯薄膜转移至锌箔上，确保了高品质石墨烯界面层的构建及精确的石墨烯层数调控，规避过多的材料参数影响，以此来探讨锌在石墨烯界面层上的具体沉积行为。

研究发现，锌在多层石墨烯界面层上的沉积并没有展示出显著的外延行为，这意味着低晶格错配并不是外延沉积的唯、一决定因素。而单层石墨烯大面积转移过程中会出现微米级的破损，这样的石墨烯界面层可获得长效稳定的锌沉积/剥离。

通过理论计算和实验佐证，石墨烯薄膜界面层有两大优势：一是具有抑制析氢和抗腐蚀性能；二是降低锌的扩散势垒，从而促进横向扩散。锌在“破损”石墨烯界面上的沉积可描述为“针孔沉积模式”，即锌优先富集在“破损”位，随后向外围扩散形成多个晶畴紧密拼接的完整平滑沉积层。这种沉积可以防止枝晶形成，从而有效延长锌金属负极的使用寿命。

这项工作为基于石墨烯的锌负极保护提出了新机制。