Ny rekord på væksten af ​​grafen-enkeltkrystaller

grafen, især den grafiske enkeltkrystal, er et stjernemateriale til fremtidens fotonik og elektronik på grund af dets unikke egenskaber, såsom gigantisk indre ladningsbærermobilitet, registrere varmeledningsevne, super stivhed og fremragende lystransmission. Imidlertid, om grafen kan leve op til forventningen afhænger af pålidelig, højkvalitetssyntese med høj effektivitet.

For nylig, en forskergruppe fra Wuhan University, Kina, udforsket den spændende hurtige vækst af store grafen-enkeltkrystal på flydende Cu med hastigheden op til 79 μm s-1 baseret på den flydende metalkemiske dampaflejringsstrategi. Resultaterne offentliggøres i Videnskab Kina materialer

Prof. Lei Fu sagde, "Den naturlige egenskab ved flydende metal kvalificerer det til at være en ideel platform for lavdensitetskernedannelse og den hurtige vækst af grafen. Flydende metalkatalysator har en kvasi-atomisk glat overflade med en høj diffusionshastighed, som kan undgå de defekter og korngrænser, der er uundgåelige på massivt metal. De rige frie elektroner i flydende Cu accelererer kernedannelsen af ​​grafen, realisere kimdannelsen af ​​grafenkelkrystaller inden for få sekunder. Og i mellemtiden, den isotrope glatte overflade undertrykker i høj grad nukleationstætheden. I øvrigt, den hurtige masseoverførsel af kulstofatomer på grund af den fremragende fluiditet af flydende Cu fremmer hurtig vækst."

De undersøgte systematisk kernedannelse og vækstadfærd af grafen på fast Cu og flydende Cu. Som en sammenligning med fast Cu, kernedannelsestætheden af ​​grafen på flydende Cu udviser et stærkt fald, og den relaterede aktiveringsenergi falder også. Hvad angår vækstraten, væksthastigheden af ​​grafen på flydende Cu er næsten to ordener større sammenlignet med den på fast Cu.

For at belyse vækstkinetikken for væksten af ​​grafen på flydende Cu, de brugte kulstofisotopmærkning Raman-spektre og flyvetidspunkt sekundære ionmassespektre til at spore fordelingen af ​​kulstofatomer i flydende Cu. Det melder de ¹³ C og ¹² C-atomer blandes ensartet i hver enkelt grafenkrystal, og et vist antal kulstofatomer kan påvises i hovedparten af ​​flydende Cu, sammenlignet med situationen i fast Cu med ekstrem lav kulstofopløselighed.

I modsætning til overfladeadsorptionsvæksttilstanden på fast Cu, precursortilførslen til grafenvæksten på flydende Cu kan komme fra overfladeadsorptionen og bulksegregeringen. Dette kan tilskrives de rige ledige pladser i flydende Cu, hvor carbonatomer først kan diffundere ind i metalmassen, før de segregeres og udfældes mod Cu-overfladen. De binære bidrag fra prækursorforsyningen, dvs. overfladeadsorptionen og bulksegregeringen, fremskynde den hurtige vækst af grafen.

"Vi tror, ​​at undersøgelsen af ​​væksthastigheden af ​​grafen i flydende Cu-system vil berige forskningskortet over væksten af ​​todimensionelle (2-D) materialer på flydende metal, " siger prof. Lei Fu. "Mere interessant og unik adfærd i væskeoverfladen skal opdages. Den flydende metal-strategi for den hurtige vækst af grafen vil forhåbentlig blive udvidet til forskellige 2-D materialer og dermed fremme deres fremtidige anvendelser."