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如何生长具有特定空间几何结构的单层石墨烯
概述
单层石墨烯是一种具有垂直于基底的sp²杂化轨道的六角形晶体结构。石墨烯具有优异的电学、光学、热学性质，使其受到了极大的关注。本文介绍了目前石墨烯生长的常用方法以及如何在石墨烯中控制空间几何结构的生长。具体而言，介绍了石墨烯生长过程中的化学气相沉积、物理气相沉积等方法，并讨论了石墨烯生长的物理机制。此外，本文还介绍了使用不同底部基底的方法（例如，金属衬底、氧化物衬底等）调控石墨烯几何形态的方法，并对不同的生长条件和参数进行了讨论。
石墨烯的生长方法
化学气相沉积法
化学气相沉积法是目前最常用的一种石墨烯生长方法。通过采用各种不同的前驱物质（例如，甲烷、乙烯等）和催化剂（例如，铜、镍等）组合进行生长。化学气相沉积是一种具有高度控制性和可扩展性的方法。其优点主要包括可以快速生长大尺寸石墨烯单晶、可以控制石墨烯的取向和晶格缺陷密度等。
物理气相沉积法
物理气相沉积法生长的石墨烯是质量纯度较高的石墨烯。物理气相沉积法是基于石墨烯化学稳定性的一种生长方法，主要通过热蒸汽沉积的方式将初始石墨（金属催化气相处理过）沉积到基底上。其主要缺点是生长速率较慢。
其他生长方法
此外，还有基于金属表面化学反应、分子束外延、溶胶-凝胶法等等途径进行石墨烯的生长。但是相对主要的两种生长方式而言，这些生长方式的研究较少、生长效率不如前两者。
石墨烯空间几何结构的调控
金属衬底
生长石墨烯的底部基底在其几何结构形态的控制上起着至关重要的作用。金属衬底（如铜、镍等）可以促进石墨烯生长，同时还能够提高石墨烯的晶格质量。金属衬底生长的石墨烯在表面会留下许多氢气，这会导致石墨烯表面出现缺陷和杂质，对于石墨烯材料的品质产生很大的影响。因此，为了获得高品质的石墨烯，可以使用金属去溶剂法或者自限制方法来减少表面缺陷。
氧化物衬底
氧化物基衬底，如SiO₂，可以获得具有不同形态的石墨烯，同时也可以获得大面积，高品质的石墨烯。在制备过程中，SiO₂也可以控制石墨烯的高度、大小和几何形状。在氧化物基底表面生长的石墨烯具有面积大、成本低以及质量好。
结论
总的来说，石墨烯几何结构的控制是目前石墨烯研究中一个十分重要的问题。生长方法及底部基底材料是影响其几何结构的两个主要方面，选择恰当的方法和材料是实现石墨烯各种工业应用的关键所在。未来，随着石墨烯在能源、电子器件等领域应用的不断拓展，石墨烯的生长方法和几何结构控制将会成为研究的热点。