中国粉体网讯  石墨烯被誉为本世纪极具发展潜力的二维材料，凭借优异的电学、热学、力学与光学性能，在发热器件、防腐涂层、可穿戴电子、新能源等诸多领域拥有广阔的应用前景。而高质量、大面积石墨烯薄膜的规模化制备，是打通石墨烯从实验室走向工业化应用的核心关卡。

自2009年李雪松教授团队实现铜箔基底CVD法合成大面积石墨烯薄膜以来，该技术已经成为当下科研与产业界石墨烯薄膜制备的主流技术路线。但即便技术基础已经建立，石墨烯CVD工业化之路依旧面临诸多现实瓶颈。

传统CVD制备体系很难完全匹配工业化生产需求，造成制备成本高、生产效率受限。不管是片式制备还是卷对卷卷式制备工艺，都很难同时兼顾高速生长、高薄膜质量、大面积均匀性三大核心指标。

管式反应器本身会限制石墨烯横向尺寸，想要做大薄膜就必须放大设备腔体，直接推高设备投入；即便采用卷式制备可以产出百米级石墨烯薄膜，但横向宽度提升受限，同时还会面临气体交换不均的难题。大尺寸铜箔基底生长过程中，进气端与出气端气体组分存在差异，极易造成薄膜缺陷增多、整片薄膜均匀性下降。卷对卷工艺虽然自动化程度高，但薄膜的存储、后续转移加工同样存在现实制约。

针对传统工艺痛点，李雪松团队开发了“呼吸式化学气相沉积（B-CVD）”技术，核心思路就是动态调控反应腔内部压强，通过反复升压-降压完成“吸气‑呼气”循环，驱动气体快速交换。

吸气阶段：腔体抽至超低压，关闭真空泵通入反应气体，甲烷、氢气快速渗透进入卷绕铜箔层间，供给石墨烯生长；

呼气阶段：生长一段时间后关闭供气，开启真空泵快速将腔体抽回低压状态，消除局部气体组分失衡，为下一轮生长做准备。

反复循环的呼吸模式，解决了卷绕堆叠铜箔狭小间隙内气体流通困难的行业难题。同时团队系统探究压强、碳源浓度对石墨烯生长行为的影响：随着反应腔内压强升高，甲烷活性基团增多，石墨烯成核密度提升，多层点缺陷随之增加；但低压环境下，气体能够在腔体内实现极快的均匀扩散，保障整片基底生长环境一致。CFD流体模拟也证实了超低压条件下气体可以快速布满反应器各个区域。

依托B-CVD呼吸法，团队在内径仅4.4 cm的普通石英管反应器内，制备出110 cm×25 cm的大面积单层石墨烯薄膜。多位置取样、光学显微镜、拉曼光谱、透光率、面电阻、霍尔电学测试多维度表征证实：整片石墨烯薄膜质量均匀，薄膜ID/IG＜3%，缺陷水平低；透光率稳定在97.5%-98%，符合单层石墨烯特征；面电阻集中分布在500-900 Ω・sq-¹，电学性能离散度小。B-CVD制备得到的石墨烯薄膜质量可以和传统优质LPCVD石墨烯相媲美，完全满足科研以及工业使用要求。

从装备效率来看，B-CVD技术展现出突出工业化潜力。薄膜横向宽度与管径比值T/D达到25，远超常规管式、包裹式、堆叠式的传统方案，大幅提升反应器空间装载效率，不需要改造超大腔体设备就可以产出超大尺寸石墨烯薄膜，该技术思路同样可以迁移应用至六方氮化硼、二硫化钼等其他二维材料的批量制备。

基于呼吸法积累的压强调控、气体输运、缺陷控制研究基础，李雪松教授团队进一步面向卷对卷连续工业化生产，破解CVD制备“高速生长”与“低缺陷”难以兼顾的矛盾。揭示常压条件下甲烷输运受限带来副反应加剧，极低压强下铜蒸发严重污染设备的双重约束，完成工艺方案优化。实现卷对卷产线上1 m/min传动速度下石墨烯单层率＞90%、ID/IG＜5%；提升传动速度至2 m/min，依旧可以得到单层率约80%、ID/IG约20%全覆盖石墨烯薄膜，为石墨烯规模化量产提供兼顾生产速度与薄膜品质的工程化方案。

团队还将制备的大面积石墨烯薄膜完成转移，搭建液滴水力发电演示器件，氯化钠液滴流过石墨烯表面即可产生显著电势差，验证大面积薄膜连续性，也为石墨烯在绿色能源器件的应用提供新思路。

10月29-30日，中国粉体网将于2026IPIE上海国际高端粉体装备与科学仪器展览会期间，同期举办“2026第四届低维碳纳米材料制备及应用技术交流会”。届时，电子科技大学（深圳）高等研究院李雪松教授将带来题为《大面积石墨烯薄膜工业化制备》的报告。他将系统介绍大面积石墨烯薄膜工业化制备相关技术与进展。

李雪松，电子科技大学及电子科技大学（深圳）高等研究院教授，科睿唯安全球高被引学者，是用化学气相沉积甲烷在铜箔上合成大面积石墨烯薄膜的方法的发明者。清华大学机械工程专业学士、材料加工工程专业硕士，美国伦斯勒理工材料工程专业博士。先后在美国德州大学奥斯汀分校、IBM T.J.沃特森研究中心、耶鲁大学进行博士后和副研究员工作研究。研究领域为石墨烯薄膜的制备与应用。已发表包括Science及Nature等顶级期刊SCI文章80余篇，SCI统计引用次数31000多次。他于2009发表在Science的Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils的工作被Science选为2009年度重大突破之一，引用超过10000次，当前科研及生产中石墨烯薄膜制备基本都基于这一技术。

参考来源：王跃，李雪松.呼吸法制备大面积石墨烯薄膜.电子科技大学

(中国粉体网编辑整理/九思)

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