如何在絕緣襯底上形成大面積高質(zhì)量的石墨烯還是個(gè)難題。所以，不論是探索制備石墨烯的新方法，還是尋找合適的生長(cháng)石墨烯的基底材料，以便將石墨烯新奇的物理性質(zhì)在室溫下呈現出來(lái)，都是石墨烯基礎研究與器件應用方面所亟待解決的問(wèn)題。
金剛石是集眾多優(yōu)異性能于一身的絕緣材料，如果石墨烯能夠制備在金剛石襯底上，相比于其他襯底材料，有利于在室溫下呈現出石墨烯特殊的機械、導熱、電學(xué)和光學(xué)等性能，是一種構筑石墨烯新奇功能器件的理想結構。但到目前為止，關(guān)于在金剛石表面直接制備石墨烯的研究還很少報導。
金剛石襯底上自組織生長(cháng)石墨烯
最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗室（籌）微加工實(shí)驗室研究員顧長(cháng)志及李無(wú)瑕、李俊杰等人與量子科學(xué)模擬中心研究員徐力方、中國人民大學(xué)副教授徐靖和美國倫斯勒理工學(xué)院教授張繩百合作，首先從材料設計入手，在理論上預言了金剛石（111）表面在B原子的誘導下可以實(shí)現金剛石結構向石墨烯結構的相轉變，之后，實(shí)驗驗證了單晶金剛石（111）表面在B摻雜的條件下可以自組織形成高質(zhì)量的石墨烯，并且層數可控。
他們基于第一性原理的理論計算，模擬了不同硼摻雜濃度與位置對金剛石表面再構的影響，結果表明第五層的摻硼直接導致了由金剛石到石墨的結構相變，金剛石(111)面的第一個(gè)雙層完全sp2化，轉變?yōu)閱螌邮?，并且完全脫離下面的結構。這樣形成的單層石墨烯，層內的C-C鍵長(cháng)為1.45 Å，跟下面襯底的距離為3.30 Å。這與石墨層內的鍵長(cháng)1.42 Å，以及石墨層間距3.35 Å都非常接近，說(shuō)明存在金剛石-石墨烯的相轉變。這種結構相變是由于第五層摻入的硼原子增強了表面的再構效應所導致。之后，他們采用CVD方法，在高溫高壓（HPHT）金剛石單晶的（111）表面上，通過(guò)硼摻雜和生長(cháng)參數的調控，實(shí)現了石墨烯的自組織生長(cháng)，所制備的石墨烯具有高質(zhì)量、低缺陷、大面積和高遷移率等特點(diǎn)。而且可以通過(guò)改變生長(cháng)條件，在金剛石襯底上制備出從單層到雙層及多層的石墨烯，很好地驗證了理論預言。
金剛石上石墨烯的拉曼光譜
金剛石上石墨烯自組織生長(cháng)的第一性原理計算
這種金剛石襯底上的石墨烯材料，兼顧了金剛石和石墨烯的眾多優(yōu)異物理特性，為研制新奇功能的石墨烯器件奠定了基礎。
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