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浙大揭示石墨烯在多晶襯底晶界附近如何生長(zhǎng)

2018-09-05 11:51:52 作者：本網(wǎng)整理來源：材料科技在線分享至：

浙江大學(xué)石墨力學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LogM）的一個(gè)研究小組在《NANO》上發(fā)表了一篇論文（“化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)石墨烯疇跨越銅晶界”）（“Chemical Vapor Deposition Growth of Graphene Domains Across the Cu Grain Boundaries”），論文展示了催化襯底的形態(tài)結(jié)構(gòu)是如何影響石墨烯生長(zhǎng)的。這對(duì)石墨烯制備方面提供了更多的指導(dǎo)，尤其對(duì)于合成高品質(zhì)的石墨烯具有重要意義。

催化基底的形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)石墨烯的生長(zhǎng)具有怎樣的影響？由于在石墨烯晶體的化學(xué)氣相沉積（CVD）生長(zhǎng)過程中，其他環(huán)境參數(shù)會(huì)帶來影響，這個(gè)問題之前一直沒有解決。

然而，六邊形取向的石墨烯單晶為揭示Cu晶界附近石墨烯單晶的CVD生長(zhǎng)行為提供了更為明晰的途徑，證明了石墨烯的晶格取向不受這些晶界的影響，而僅僅是由Cu晶體決定成核。

這是石墨烯單晶在Cu晶粒邊界附近生長(zhǎng)的示意圖晶界的存在不影響石墨烯成核的晶格取向和生長(zhǎng)方向

浙江大學(xué)石墨烯力學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LogM）的研究小組已經(jīng)表明，石墨烯單晶的CVD生長(zhǎng)與其成核后生長(zhǎng)襯底的結(jié)晶度明顯不相關(guān)，并證明了石墨烯單晶在Cu上的晶格取向只取決于成核的Cu晶粒。

研究人員采用環(huán)境壓力（AP）CVD代替?zhèn)鹘y(tǒng)低壓（LP）CVD法，并仔細(xì)調(diào)整生長(zhǎng)參數(shù)，成功地在多晶銅表面獲得了毫米級(jí)和鋸齒形邊緣結(jié)構(gòu)的六方石墨烯單晶。由于這種具有晶格取向的六角形石墨烯樣品可以由肉眼或光學(xué)顯微鏡來確定，因此石墨烯單晶在銅晶粒臺(tái)階上和晶界附近的CVD生長(zhǎng)行為被大大簡(jiǎn)化，這個(gè)過程可以用一個(gè)與Cu晶體結(jié)構(gòu)完全相關(guān)的模型來進(jìn)一步總結(jié)。

結(jié)果表明，對(duì)于生長(zhǎng)在Cu上的石墨烯單晶，其晶格取向是由其核與襯底的結(jié)合能決定的，這可能是由銅臺(tái)階附連成核模式?jīng)Q定的，并且在隨后持續(xù)傳入前體的膨脹過程中保持不變。

氫在前驅(qū)體中的流動(dòng)有助于終止具有H端結(jié)構(gòu)形成核的邊緣，并且與基底表面解耦。當(dāng)石墨烯單晶膨脹達(dá)到Cu晶界時(shí)，Cu晶界和鄰近的Cu晶界不會(huì)改變石墨烯單晶的晶格取向和膨脹方向。

為了更好地理解石墨烯生長(zhǎng)的基本物理性質(zhì)，LogM目前正在探索包括石墨烯和過渡金屬二鹵化物二維材料的力學(xué)性質(zhì)。他們的主要研究?jī)?nèi)容包括二維材料的可控合成、新型向任意襯底的轉(zhuǎn)移技術(shù)、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試和機(jī)電裝置。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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