浙大揭示石墨烯在多晶衬底晶界附近如何生长
2018-09-05 11:51:52
作者：本网整理 来源：材料科技在线
浙江大学石墨力学实验室（LogM）的一个研究小组在《NANO》上发表了一篇论文（“化学气相沉积法生长石墨烯畴跨越铜晶界”） （“Chemical Vapor Deposition Growth of Graphene Domains Across the Cu Grain Boundaries”），论文展示了催化衬底的形态结构是如何影响石墨烯生长的。这对石墨烯制备方面提供了更多的指导，尤其对于合成高品质的石墨烯具有重要意义。
催化基底的形态结构对石墨烯的生长具有怎样的影响？由于在石墨烯晶体的化学气相沉积（CVD）生长过程中，其他环境参数会带来影响，这个问题之前一直没有解决。
然而，六边形取向的石墨烯单晶为揭示Cu晶界附近石墨烯单晶的CVD生长行为提供了更为明晰的途径，证明了石墨烯的晶格取向不受这些晶界的影响，而仅仅是由Cu晶体决定成核。
这是石墨烯单晶在Cu晶粒边界附近生长的示意图晶界的存在不影响石墨烯成核的晶格取向和生长方向
浙江大学石墨烯力学实验室（LogM）的研究小组已经表明，石墨烯单晶的CVD生长与其成核后生长衬底的结晶度明显不相关，并证明了石墨烯单晶在Cu上的晶格取向只取决于成核的Cu晶粒。
研究人员采用环境压力（AP）CVD代替传统低压（LP）CVD法，并仔细调整生长参数，成功地在多晶铜表面获得了毫米级和锯齿形边缘结构的六方石墨烯单晶。由于这种具有晶格取向的六角形石墨烯样品可以由肉眼或光学显微镜来确定，因此石墨烯单晶在铜晶粒台阶上和晶界附近的CVD生长行为被大大简化，这个过程可以用一个与Cu晶体结构完全相关的模型来进一步总结。
结果表明，对于生长在Cu上的石墨烯单晶，其晶格取向是由其核与衬底的结合能决定的，这可能是由铜台阶附连成核模式决定的，并且在随后持续传入前体的膨胀过程中保持不变。
氢在前驱体中的流动有助于终止具有H端结构形成核的边缘，并且与基底表面解耦。当石墨烯单晶膨胀达到Cu晶界时，Cu晶界和邻近的Cu晶界不会改变石墨烯单晶的晶格取向和膨胀方向。
为了更好地理解石墨烯生长的基本物理性质，LogM目前正在探索包括石墨烯和过渡金属二卤化物二维材料的力学性质。他们的主要研究内容包括二维材料的可控合成、新型向任意衬底的转移技术、力学性能实验测试和机电装置。
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