项目名称：

石墨烯的可控制备、物性与器件研究

首席科学家：

陈小龙 中国科学院物理研究所

起止年限：

2011.1至2015.8

依托部门：

中国科学院

二、预期目标

本项目的总体目标

本项目的总体目标是在大面积高质量石墨烯的可控、宏量制备，掺杂和化学修饰功能化，基本物性探测和调控，原型器件构建等方面取得一系列具有深远影响的自主知识产权成果，形成有特色的研究体系。通过对石墨烯材料的一系列重要物性的探测，为新型超高性能石墨烯器件的设计、组装和应用提供重要的依据。获得一批国际水平的研究成果，使我国在石墨烯研究领域，特别是高质量石墨烯材料制备方面和物性研究方面达到国际前沿水平。同时，希望通过组织这一项目，形成一些具有国际影响的研究平台，培养和造就一批高水平且有国际竞争力的研究队伍，形成在石墨烯研究领域中具有国际影响的研究群体，提升我国的科学竞争力和科学地位。

五年预期达到的具体目标

1). 发展完善大面积高质量石墨烯制备方法，包括基于SiC单晶基底生长，基于金属基底外延，基于化学气相沉积方法，液相合成方法等；争取在1-2种方法上取得突破，制备出毫米级的高质量石墨烯或新型类石墨烯。

2)．获得可控的对石墨烯进行物理和化学修饰的方法，研究出1-2种基于掺杂、表面修饰和分子组装等新的石墨烯物性调控方法。掌握石墨烯对外来功能分子及金属原子的生长及自组装结构的调控技术。

3). 从实验和理论上揭示高质量石墨烯的特征电子结构，对其局域电、磁特性作出定量分析。掌握石墨烯的自旋电子和磁学性能之间的关系。弄清楚石墨烯的输运性质、光电性能及其性能与结构之间的关系，实现其载流子迁移率调控。发现石墨烯的一两种奇异性质。

4)．发展1-2种宏量制备石墨烯材料的方法，制备出2-3种基于石墨烯的高性能电极材料，集成并应用于电化学燃料电池和电化学超级电容器中；获得石墨烯精确可控的亚微米结构刻蚀工艺技术，实现石墨烯微纳加工集成。在分子尺度上搭建石墨烯基纳米结构，理解载流子输运和注入、传输层特性，研制基于石墨烯的纳米电子器件。

在项目开展的五年内：在国际高水平学术刊物发表论文150篇以上，在国际一流刊物 (如Nature，Science，PRL和JACS，Nano Letters等)上发表10篇左右；做40次以上会议邀请报告；取得20项以上国家和国际相关专利；培养一支高水平的、在国际上有重要影响的学术队伍；培养50名以上的博士研究生。

三、研究方案

本项目的学术思路

本项目针对石墨烯这一新物质形态的关键问题及前沿发展动态，结合我们自身的工作基础和国家纳米科学重大科学研究计划开展相关的研究。重点围绕高质量石墨烯材料这一主线，将物理、化学、材料和微纳加工相结合，研究石墨烯精细几何和电子结构，探测石墨烯的基本物性，掌握石墨烯结构与物性的关联，为基于石墨烯的新型器件研究提供基础；并利用微纳加工技术，构建基于石墨烯的功能器件。我们以大面积、高质量石墨烯材料的可控制备为主要突破口，以石墨烯基器件应用为导向，强调材料、实验和理论计算之间的互相促进与合作，按照研究手段和研究对象各自的特点，从几个不同但又相互密切关联、相对独立又相互渗透、依存的角度组织课题，有针对性地对石墨烯的若干基本问题开展研究。例如：探索几种高质量石墨烯的可控、宏量制备方法；有效实现石墨烯的掺杂和官能团修饰，调控其物性；测量其电、光、磁学等宏观特性和局域性能，研究结构与物性的关联；研制基于石墨烯的电子学和电化学器件等。在研究课题的设置和队伍的组织上，特别强调物理、化学、材料与信息电子四大学科相结合，理论与实验相结合，基础与应用相结合。在项目组织上将充分发挥各承担单位各自优势，高度重视课题之间的密切配合与协作∥题的划分既保持相对的独立性，又注重相互交叉渗透，以保证研究工作前后的衔接和横向的配合，确保项目高效、高质量、顺利地进行。

下面叙述研究的主要技术途径、与国内外同类研究相比的创新点与特色、以及取得重大突破的可行性分析。

本项目的研究方案和主要技术途径

（一）基于SiC基底制备高质量石墨烯，进行结构表征与物性调控。

在平躺石墨烯制备方面：将采用物理所生长的高质量、大尺寸的导电型和