由東洋大學理工學院、岡山大學等組成的研究團隊,成功在還原氧化石墨烯(rGO)上形成具有高度結晶性與優異導電特性的石墨烯薄膜。rGO利用價格低廉、又可以大量合成的氧化石墨烯(GO)製造,具有高度可擴展性,因此可望應用於透明導電膜、感測器與能源元件等領域。不過,rGO中殘留的含氧官能基與結構缺陷會降低其導電特性,是目前尚待解決的課題。研究團隊在控制GO薄膜的還原溫度與乙醇供應量的同時,針對rGO薄膜的結構變化、表面形貌以及導電特性等進行分析。結果顯示,在加熱還原過程中,有數種階段性高度結晶化機制存在。
低溫(~1,100℃)階段:含氧官能基逐漸脫離,暴露出原先隱而不顯的sp²碳網路,導致結晶性提升。中溫(~1,200℃)階段:可以確認到來自於乙醇的碳前驅物修復缺陷結構,形成碳聚集體。高溫(~1,400℃)階段:發現在rGO表面生成石墨烯島的新型結晶化機制。此種石墨烯島呈現六角形邊緣結構,呈現逐層成長或螺旋成長等具有特徵的成長模式,會受到與rGO模板之間的層間交互作用影響,形成特定排列方向,具有高度結晶性。隨著石墨烯島的形成,晶粒尺寸也會增大,導電特性亦會大幅改善,霍爾遷移率最高可達365 cm²/V·s。以石墨烯島的多層堆疊,尚可降低片電阻。