图为用于薄膜的石墨烯层。图片来源：曼彻斯特大学

在《科学》杂志上发表的一项研究报告称，镍对石墨烯薄片的增长具有催化作用。由Iom-Cnr和里雅斯特大学为这项研究的开展提供了新的策略以改善这种具有特殊特性材料的工业生产。

石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料。它像塑料一样具有柔韧性并且具有比钢铁高100倍的机械阻力。因此，它被认为适用于工业和技术领域的多种用途。但是，石墨烯的生产很困难，故使用起来非常昂贵。

这项研究是由意大利国家研究委员会(Iom-Cnr)和里雅斯特大学的物理系在特里亚斯特(意大利)共同进行的，确定了石墨烯在镍表面的生长机制，这为生产技术开辟了新的道路。

“我们知道，单个原子总是存在于金属表面，原子在表面能够自由移动并且能够参与许多表面反应的过程。”Iom-Cnr的Cristina Africh解释说，“在我们的研究中，我们已证明，在镍的表面上，移动的金属原子充当催化剂角色能够促进了石墨烯的形成。”

科学团队能够实时记录这一过程。近年来，通过与Elettra-Sincrotrone Trieste合作开发的高速扫描模块，揭示了单个表面原子的行为，并且最近由于欧洲资助而得到改进。

Laerte Patera说，“我们使用扫描隧道显微镜拍摄了在石墨烯片生长过程中发生的事情，在约为450摄氏度的温度里，每秒钟可以收集多达60幅图像，帧速率远比在电影摄影或电视中使用的并且能被人眼所感知的那些高。”

“从视频中可以清楚地看到，成长过程是逐一进行的，就像一台编织机织成一块布一样，在微观层面上，各个镍原子的作用与机针是相同。”来自里雅斯特大学的Giovanni Comelli解释道：“我们可以按照有序的顺序向织物边缘添加新的针迹。数值模拟阐明了实验结果的所有细节，并清楚地解释了镍原子所起的作用，它们通过暂时将自己包含新的碳原子附着在石墨烯边缘。”

Africh总结道“除了其相关的科学价值之外，这个结果对于应用而言是相当重要的。因为目前用于工业生产石墨烯，使用最广泛的方法之一就是利用镍基底来生长且缺陷少的石墨烯层，这种方法也能降低生产成本。因此，了解目前不为人知的增长机制细节，对于确定在工业水平上开发新的更高效的石墨烯生产工艺的战略至关重要。”