KERI室温直接生长多层石墨烯，为制造复合导体开辟新路径[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 27 Sep.2026 12:00(KST)

利用自主研发的“K-sputtering”实现外延生长
可交替堆叠铜与石墨烯，有望用于新一代复合导体

一项无需加热、可在室温下直接在基板上生长石墨烯的技术已研发成功。该技术利用工业领域广泛使用的溅射设备，既能制备一两层的石墨烯薄膜，也能制备多层堆叠的石墨薄膜，有望用于制造新一代高性能复合导体。

韩国电气研究院27日表示，该院电力电缆研究中心博士Kim Hoseop与研究员Nam Suhyeon的团队，利用自主研发的“K-sputtering”设备，成功在室温下直接生长出石墨烯类薄膜。

基于直流电的K-sputtering薄膜沉积原理示意图。研究团队供图

石墨烯是一种由碳原子呈蜂窝状排列形成的薄层材料。它具有优异的电学和热学性能，与铜等传统金属结合后，可用于制造降低电力损耗和发热量的高性能导体。随着电动汽车和人工智能数据中心等领域的用电需求增加，这类复合导体的重要性也日益凸显。

难点在于制造工艺。传统化学气相沉积法制备高质量石墨烯需要高温，还须经过将制成的石墨烯转移到其他材料上的“转移工序”。这使其难以应用于大面积基板，也不利于将金属与石墨烯交替堆叠成多层结构。

研究团队将目光投向半导体和显示产业广泛使用的溅射技术。溅射是使材料表面的微小粒子脱离并沉积在基板上的方法。但以溅射法沉积碳时，碳原子容易排列紊乱，形成无序薄膜，因此难以制备结构规整的石墨烯。

研究团队分析了溅射过程中碳粒子的流动与行为，找出妨碍石墨烯结构形成的原因，随后开发出可调控碳原子在基板上排列条件的直流驱动K-sputtering设备及工艺。

该技术的关键是实现“外延生长”，使碳原子沿基板的晶体结构规则排列。借此，研究团队无需额外加热，便在室温下直接生长出从一两层石墨烯到多层石墨的薄膜。据研究人员所掌握的资料，这是首次利用溅射法实现此类碳薄膜的外延生长。

研究团队与仁川大学教授Kim Junho团队、庆北大学教授Lee Sehee团队合作，利用拉曼光谱法、原子力显微镜、透射电子显微镜和电子背散射衍射等方法，对制成薄膜的结构与特性进行了交叉验证。

韩国电气研究院博士Kim Hoseop（左）与研究员Nam Suhyeon手持石墨烯涂层基板合影。韩国电气研究院供图。

这项技术的意义在于，无需单独的转移工序，即可在一台设备内反复堆叠铜等金属与石墨烯。研究团队认为，如果未来将工艺扩展至大面积、连续生产，可将其用于制造电力设备所需的高性能石墨烯—金属复合导体。

Kim Hoseop表示：“经过多次尝试，我们通过实验证实，溅射法也有可能制备出碳原子规则排列的石墨烯类薄膜。今后将扩大设备规模，发展连续生产工艺，推动铜与石墨烯交替堆叠的电力设备用高性能复合导体实现商业化。”

研究成果已发表于材料表面与涂层领域的国际学术期刊Surface & Coatings Technology。研究团队已就相关技术提交3项韩国专利申请和1项海外专利申请。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。