直立少层石墨烯由于具有原子级尖锐的边缘,因而场发射增强因子较大,并具有优异的电子传输特性和二维的导热区域,使其在场发射器件上拥有很好的应用潜力;另外由于其比表面积非常大,也可应用于制作超级电容器等储能器件。直立少层石墨烯的形貌和结构决定了其应用,因此如何控制其形貌和结构生长成为了研究的热点,目前关于用微波等离子体法制备直立少层石墨烯已有报道,然而实现平行方向可控制备的直立少层石墨烯是技术难点。利用微波等离子体化学气相沉积法制备了平行排列的直立少层石墨烯。由图1可看到平行排列和随机排列的直立少层石墨烯都是透明的片状结构,都垂直于衬底生长,但是在水平线方向排列有序度差别明显,另外,平行排列的直立少层石墨烯比随机排列的直立少层石墨烯的长度略长。制备的直立少层石墨烯尖端的层数为2-4层,底端的层数为8-10层,且层间间距为0.34nm,符合单层石墨的厚度。直立少层石墨烯的生长方向由衬底表面等离子体鞘层电场分布所控制。微波等离子体腔体中,衬底表面存在等离子体鞘层电场,通过改变衬底表面结构,可使等离子鞘层电场分布和方向发生改变。而鞘层电场的方向决定了直立少层石墨烯的生长方向。因此,通过控制鞘层电场方向,就可以控制直立少层石墨烯的生长方向。我们进一步对鞘层电场的作用进行了详细解释。计算表明,本实验中产生的鞘层电场强度为0.35V/mm,当衬底表面的局域电场强度大于0.1V/mm时,则电场将足以克服热随机性,对直立少层石墨烯的生长方向起主导作用。因此,鞘层电场足以对直立石墨烯的生长方向产生作用。