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石墨烯量产之路上的又一步

浏览量:12 时间:2021-06-09

  


  石墨烯可以使用化学气相沉积在各种基板上生长,但它充满缺陷,不能轻易去除以进行进一步加工。


  它在液体催化剂上生长显示出希望,因为液体表面自然是平坦的,并且没有可以促进石墨烯中周期性缺陷的晶体结构。

  此外,有可能从液体表面漂浮或剥离新鲜的石墨烯,由于两种不同的材料在紧密接触中冷却而导致侧步变形问题,并且不需要蚀刻催化剂以释放石墨烯。


  液态铜是一种很有前途的基材,石墨烯在其上快速生长,并且正在努力创造一种配方,可以预见地形成恰好一个原子厚的大的均匀石墨烯晶体,并设法将它们完整地去除。


  为了消除这种猜测,需要对生长进行微观研究——在最好的时候是棘手的,而且在超过 1,000°C 的液体中真正令人头疼。


  然而,一个欧洲研究团队通过结合四种奇特的方法做到了这一点:同步加速器 X 射线衍射、同步加速器 X 射线反射率、拉曼光谱和辐射模式光学显微镜。


  “这使我们能够以非常高的精度控制石墨烯生长参数,例如形状、分散和六边形超组织。此外,还可以实现从连续多晶薄膜到毫米级无缺陷单晶生长的转变,”根据“液态铜上石墨烯生长的实时多尺度监测和定制”,一篇关于该技术的论文发表在 ACS Nano 中。


  同步加速器掠入射 X 射线衍射揭示了石墨烯的晶格常数和波纹。


  同步加速器 X 射线反射率揭示了石墨烯层的数量、它们的粗糙度以及石墨烯和液态铜之间的分离。


  拉曼光谱显示存在单层石墨烯,可以测量其质量和缺陷。


  对于特写视图,辐射模式光学显微镜提供实时生长形态和生长动态信息。它可以识别多层生长的区域。


  该团队来自格勒诺布尔阿尔卑斯大学、莱顿大学、欧洲同步加速器、帕特雷大学、慕尼黑工业大学 (TUM) 和莱顿探针显微镜。


  这项工作正被 TUM 的研究人员用来验证和校准一个并行项目,他们一直在 Jülich 超级计算中心和莱布尼茨超级计算中心使用 JUWELS 和 SuperMUC-NG 超级计算机来模拟石墨烯如何使用分子动力学在液态铜表面形成– 这应该揭示无法通过实验观察到的过程。


  模拟的分辨率如此之高,以至于在 JUWELS 的约 2,500 个核心上对约 1,500 个原子进行皮秒建模需要一个多月的时间。这些结果已发表在《化学物理杂志》上。


  “描述这样的事情的问题是你需要应用分子动力学模拟来获得正确的采样。然后是系统尺寸——你需要有一个足够大的系统来准确模拟液体的行为,”TUM 理论化学家 Mie Andersen 说。“在这项研究中,理论和实验之间有很大的相互作用。”


  石墨烯用于电子和光子学。最好的材料仍然是用胶带从石墨块上剥落下来的。


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