DTU 制作了一棵厚度为一个原子的圣诞树。它展示了如何使用太赫兹测量来确保石墨烯的质量。

图片来源：丹麦技术大学

上图中的圣诞树长14厘米。由于它由石墨烯制成，因此它仅由一层碳原子组成，厚度仅为三分之一纳米。它是从一卷 10 米长的石墨烯上切割下来的，使用重建的层压机将其整体转移，然后用太赫兹辐射进行扫描。

实验表明，在石墨烯的生产过程中可以进行持续的质量控制，有望在未来的高速电子产品，即医疗仪器和传感器中发挥重要作用。

石墨烯是一种所谓的二维材料，即它由位于一个仅一个原子薄的粘合层中的原子组成。与我们所知的任何其他材料相比，它更坚固、更坚硬，并且更擅长导电和导热。因此，石墨烯是电子电路的明显候选者，与我们今天所知的电子产品相比，它占用的空间更小、重量更轻、可弯曲且效率更高。

即使你可以用铅笔画一棵圣诞树并将它从纸上取下来——这就是我们所做的比喻——它也比一个原子厚得多。细菌比石墨烯厚 3000 倍我们使用的层。这就是为什么我敢称它为世界上最薄的圣诞树。虽然起点是碳，但就像铅笔中的石墨一样，石墨烯同时比铜更导电。“绘图”是由一件完美的一层。领导圣诞树实验团队的彼得·博吉尔德教授说。

但在圣诞笑话的背后隐藏着一个重要的突破。这是我们第一次成功地在转移石墨烯层的同时对其进行在线质量控制。这样做是获得稳定、可重复和可用的材料特性的关键，这是在电子电路中使用石墨烯的先决条件。

Peter Bøggild 详细解释了该方法。图片来源：丹麦技术大学

比厨房贴膜薄 30,000 倍

正如研究人员在这种情况下所做的那样，石墨烯可以“生长”在铜膜上。石墨烯在大约 1000°C 的温度下沉积在一卷铜箔上。该过程众所周知且运行良好。但是，当将超薄石墨烯薄膜从铜辊移到使用位置时，可能会出现很多问题。由于石墨烯比厨房薄膜薄 30,000 倍，因此这是一个要求很高的过程。研究员 Abhay Shivayogimath 在 DTU 的转移过程中支持多项新发明，确保从铜辊上稳定转移石墨烯层。

此外，还没有任何技术可以在传输过程中控制石墨烯的电气质量。今年，世界领先的太赫兹研究人员之一，来自 DTU Fotonik 的 Peter Bøggild 教授和他的同事 Peter Uhd Jepsen 教授建立了一种方法。

彩色图像是石墨烯层如何吸收太赫兹辐射的测量值。吸收与电导率直接相关：导电性石墨烯越好，吸收越好。

太赫兹射线是位于红外辐射和微波之间的高频无线电波。像 X 射线一样，它们可用于扫描人体，正如我们从机场安检中了解到的那样。太赫兹射线还可以拍摄石墨烯层的电阻。通过将太赫兹扫描仪连接到转移石墨烯薄膜的机器上，可以在转移过程中对薄膜的电特性进行成像。

在这里，石墨烯层在从铜辊转移后并使用太赫兹辐射进行检查时被看到。图片来源：Abhay Shivayogimath og Jie Ji。

官方国际测量标准

假设要加速石墨烯和其他二维材料的实施。在这种情况下，持续的质量保证是先决条件，Peter Bøggild 说。他说，质量控制先于信任。该技术可以保证基于石墨烯的技术制造更均匀、更可预测、错误更少。今年，DTU 研究人员的方法被批准为石墨烯的第一个官方国际测量标准。他们的方法在今年早些时候在“石墨烯的太赫兹成像为工业化铺平道路”一文中有所描述。

潜力非常好。例如，石墨烯和其他二维材料可以制造高速电子设备，以比我们今天使用的技术少得多的功耗来执行闪电般的计算。但在石墨烯在工业规模上得到更广泛的应用并用于电子产品之前，我们在日常生活中遇到的三个主要问题必须解决。

首先，价格太高。需要更多更快的生产来降低价格。但是这样一来，您就面临第二个问题：当您提高速度而不能同时检查质量时，出错的风险也会急剧增加。在高速传输中，一切都必须精确设置。这就引出了第三个问题：你怎么知道什么是精确的？

它需要测量。并且最好在实际传输过程中进行测量。DTU 团队坚信，该方法的最佳选择是使用太赫兹辐射进行质量控制。

Peter Bøggild 强调，仅靠新方法并不能解决这三个问题：我们迈出了非常重要的一步。我们将层压机改造成所谓的 roll-2-roll 传输系统。它轻轻地抬起石墨烯石墨烯层生长在铜卷上，然后将其移动到塑料箔上，而不会破裂、起皱或变脏。当我们将其与太赫兹系统结合使用时，我们可以立即看到该过程是否进展顺利。也就是说，我们是否有完整的低电阻石墨烯。