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浙大揭示石墨烯在多晶襯底晶界附近如何生長

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

浙江大學石墨力學實驗室（LogM）的一個研究小組在《NANO》上發表了一篇論文（“化學氣相沉積法生長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結構是如何影響石墨烯生長的。這對石墨烯制備方面提供了更多的指導，尤其對于合成高品質的石墨烯具有重要意義。

催化基底的形態結構對石墨烯的生長具有怎樣的影響？由于在石墨烯晶體的化學氣相沉積（CVD）生長過程中，其他環境參數會帶來影響，這個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方向

浙江大學石墨烯力學實驗室（LogM）的研究小組已經表明，石墨烯單晶的CVD生長與其成核后生長襯底的結晶度明顯不相關，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。

研究人員采用環境壓力（AP）CVD代替傳統低壓（LP）CVD法，并仔細調整生長參數，成功地在多晶銅表面獲得了毫米級和鋸齒形邊緣結構的六方石墨烯單晶。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顯微鏡來確定，因此石墨烯單晶在銅晶粒臺階上和晶界附近的CVD生長行為被大大簡化，這個過程可以用一個與Cu晶體結構完全相關的模型來進一步總結。

結果表明，對于生長在Cu上的石墨烯單晶，其晶格取向是由其核與襯底的結合能決定的，這可能是由銅臺階附連成核模式決定的，并且在隨后持續傳入前體的膨脹過程中保持不變。

氫在前驅體中的流動有助于終止具有H端結構形成核的邊緣，并且與基底表面解耦。當石墨烯單晶膨脹達到Cu晶界時，Cu晶界和鄰近的Cu晶界不會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的基本物理性質，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性質。他們的主要研究內容包括二維材料的可控合成、新型向任意襯底的轉移技術、力學性能實驗測試和機電裝置。

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責任編輯：韓鑫

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