Исследователи обнаружили быстрый рост графена на жидкой меди

Графен, в частности монокристаллический графен, в будущем станет способным материалом для фотоники и электроники, поскольку он обладает особыми свойствами, такими как рекордная теплопроводность, отличная внутренняя подвижность носителей заряда, замечательная жесткость и очень хорошие светопропускание.

Зарождение и рост графена на жидкой меди. (Изображение предоставлено компанией Science China Press)

Но может ли графен оправдать ожидания, зависит от надежного высококачественного синтеза с большей эффективностью. В последние несколько лет технология изготовления графена была успешной.

Недавно исследователи из Уханьского университета, Китай, сообщили о динамичном быстром росте огромного монокристаллического графена на жидкой меди со скоростью 79 мкм / с в Science China Materials на основе жидкого металла. метод химического осаждения из паровой фазы.

Природное свойство жидкого металла делает его идеальной платформой для зарождения низкой плотности и быстрого роста графена. Жидкий металлический катализатор обладает квазиатомно гладкой поверхностью с высокой скоростью диффузии, что позволяет избежать дефектов и границ зерен, которые неизбежны на твердом металле. Богатые свободные электроны в жидком Cu ускоряют зародышеобразование графена, осуществляя зародышеобразование монокристалла графена за считанные секунды. А тем временем изотропная гладкая поверхность сильно подавляет плотность нуклеации. Кроме того, быстрый массоперенос атомов углерода благодаря превосходной текучести жидкой меди способствует быстрому росту .

Лэй Фу, профессор Уханьского университета

Они исследовали поведение роста и зародышеобразование графена в жидкой и твердой меди организованным способом. По сравнению с твердой Cu наблюдается устойчивое снижение плотности зародышеобразования графена в жидкой меди, а также уменьшение связанной энергии активации. Что касается скорости роста, скорость роста графена на жидкой меди почти на два порядка выше, чем на твердой меди.

Исследователи объяснили кинетику роста роста графена на жидкой меди, используя спектры комбинационного рассеяния углерода по метке изотопов, и обнаружили распределение атомов углерода в жидкой меди, используя масс-спектры вторичных ионов во время полета. Было обнаружено, что атомы 13C и 12C постоянно смешиваются в каждом монокристалле графена. Определенное количество атомов углерода может быть обнаружено в объеме жидкой меди, чем в твердой меди, имеющей очень низкую растворимость углерода.

В отличие от процесса роста поверхностной адсорбции на твердой Cu, объемная сегрегация и поверхностная адсорбция могут облегчать подачу предшественников для роста графена на жидкой Cu. Это связано с большими вакансиями в жидком Cu, что позволяет атомам углерода сначала диффундировать в объемный металл, прежде чем отделиться и осаждаться на поверхности Cu. Двойной вклад подачи прекурсора, то есть поверхностная адсорбция и объемная сегрегация, может способствовать быстрому росту графена.

Мы полагаем, что исследование скорости роста графена в жидкой системе Cu обогатит карту исследований роста двумерных (2D) материалов на жидком металле. Более интересные и уникальные поведения на поверхности жидкости должны быть обнаружены. Надеемся, что стратегия жидкого металла для быстрого роста графена будет распространена на различные 2D материалы и, таким образом, будет способствовать их будущему применению .

Лэй Фу, профессор Уханьского университета

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (21673161) и Китайско-немецким центром содействия исследованию (1400).

Источник: http://www.scichina.com/

Source link