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葉乃裳

室溫開發高質石墨烯 龍門計畫跨國合作成功案例

(記者楊婷專訪)

這項重大科學突破，是由葉乃裳教授領軍，台灣科技部支持的「龍門計画」台大光電所吳志毅教授研究團隊提供重要的貢獻，吳志毅以「室溫化學氣相沉積法成長之石墨烯的特性研究及應用」為題，獲得科技部補助，團隊成員林偉翔博士生在計画下，與葉乃裳實驗進行兩年的研究。

這項新技術在室溫環境下直接合成石墨烯，將為現今商業産品帶來另一種新的可能，諸如石墨烯的太陽能電池和發光二極體，大型顯示器與軟性電子産品；也可能會給太陽能電池、顯示器的的透明電極、燃料電池的氫離子滲透膜、高品質隔離膜以及柔性電子等，整體帶來翻天覆地的影響，也使得石墨烯的商業化進程又邁出了堅實的一步。

葉乃裳表示，只有一個原子厚度的石墨烯擁有許多獨特的性能，其拉伸強度超過鋼的200倍，電子轉換率(electron mobility)比矽高20至30倍，因此在工程和科技領域有着極為廣泛的應用；不過，石墨烯要想達到工業應用，還有很大的難度。

以往石墨烯需在華氏 1800 度或攝氏1000度的高溫下進行，不僅會産生無法控制的較大形變，嚴重影響其固有的屬性，而且製備時間較長，且僅能生長出幾平方毫米的高流動性石墨烯，利用新方法則可以産生幾平方英寸大小的石墨烯，這為其今后在工業化應用上鋪平了道路。

葉乃裳在科學期刊「自然通訊」（the Journal Nature Communications）的報導中列第二作者。研究團隊的其他成員，包括M.L. Teague和來自台灣的徐承志、陳建彰、羅元彥、鄭文源、蘇維彬、程琮欽及張嘉升。

這是「龍門計画」國際合作的成功範例，該計画主要是補助台灣績優研究團隊赴國際知名研究機構進行合作，團隊的博士生或博士后研究人員可停留1至2年。

這項重大科學突破，深受各界重視，著名全球媒體，包括美國之音－科學世界(Voice of America – Science World)、美國國家自然科學基金(National Science Foundation)、domain-b.com、spacedaily.com、engineering.com、華爾街日報等，均有專題報導，BBC也製作了兩個小時的專題介紹，即將播出。

葉乃裳早年畢業於台灣大學，任教於加州理工學院物理系，是該校有史以來取得終身職時最年輕的女性教授，她並擔任卡瓦利奈米科學研究所（Kavli Nanoscience Institute）弗萊徹•瓊斯基金會（the Fletcher Jones Foundation）共同主任。

她表示，只有一個原子厚度的石墨烯擁有許多獨特的性能，其拉伸強度超過鋼的200倍，電子轉換率(electron mobility)比矽高20至30倍，因此在工程和科技領域有著極為廣泛的應用。不過，石墨烯要想達到工業應用，還有很大的難度。

其製備以往需在華氏 1800 度或攝氏1000度的高溫下進行，不僅會產生無法控制的較大形變，嚴重影響其固有的屬性，而且製備時間較長，且僅能生長出幾平方毫米的高流動性石墨烯。利用新方法則可以產生幾平方英寸大小的石墨烯，這為其今後在工業化應用上鋪平了道路。

葉乃裳指出，試驗的方法只需一步就能生產出具有高電子轉換率，而幾乎無內部應變的石墨烯，且不需高溫條件；試驗小組試製了幾個大小為幾平方公分的樣品，實驗結果表明，此法可用於工業大量生產。

依此情形，最終未來會生產出幾平方英寸，甚至更大的石墨烯片，這項技術將為石墨烯的工業化推廣奠定下堅實的基礎；這項新技術在室溫環境下直接合成石墨烯，將為現今商業產品帶來另一種新的可能，諸如石墨烯的太陽能電池和發光二極體，大型顯示器與軟性電子產品。

同時可能會給太陽能電池、顯示器的的透明電極、燃料電池的氫離子滲透膜、高品質隔離膜以及柔性電子等，整體帶來翻天覆地的影響，也使得石墨烯的商業化進程又邁出了堅實的一步。

這個新的生產方法是研究人員偶然發現的，研究團隊中的科學家David Boyd表示，因實驗差錯在過度加熱的銅箔上形成了高品質的石墨烯，由另一成員林偉翔注意到這片逾時加熱的銅箔似乎與其他的銅箔不同。

林偉翔將此現象告知博伊德，於是他們用拉曼光譜儀，一種用於檢測、識別石墨烯的儀器，對銅箔進行了檢查，發現石墨烯層已經形成，由此才發現了此次的工藝；透過這個新的技術，可以在更短的時間與較低的溫度下，生長大尺度、電子等級的石墨烯。

葉乃裳表示，這種不需加熱的生產方式不僅減少了加工費用，以往的方法中由熱膨脹和收縮所引入的內部缺陷也有所改善；傳統的高溫生長技術不僅要花費數十個小時，還需九到十個不同步驟，而生產技術只需一個5分鐘的步驟，優勢很明顯。

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