Grafen, särskilt grafenkristallen, är ett stjärnmaterial för framtida fotonik och elektronik på grund av dess unika egenskaper, såsom gigantisk inneboende laddningsbärarmobilitet, registrera värmeledningsförmåga, superstyvhet och utmärkt ljusöverföring. Dock, om grafen kan leva upp till förväntningarna beror på pålitlig, högkvalitativ syntes med hög effektivitet.

Nyligen, en forskargrupp från Wuhan University, Kina, undersökte den spännande snabba tillväxten av enstaka kristallen med en stor grafen på flytande Cu med en hastighet på upp till 79 μm s-1 baserat på strategin för kemisk ångavsättning av flytande metall. Resultaten publiceras i Science China Materials

Professor Lei Fu sa:"Den flytande metallens naturliga egenskap kvalificerar att den är en idealisk plattform för lågdensitetskärnbildning och den snabba tillväxten av grafen. Flytande metallkatalysator har en kvasi-atomiskt slät yta med hög diffusionshastighet, som kan undvika defekter och korngränser som är oundvikliga på fast metall. De rika fria elektronerna i flytande Cu påskyndar kärnbildningen av grafen, förverkliga kärnbildningen av grafenkelkristaller inom några sekunder. Och under tiden, den isotropa släta ytan undertrycker kraftigt kärnbildningstätheten. Dessutom, den snabba massöverföringen av kolatomer på grund av den utmärkta fluiditeten hos flytande Cu främjar snabb tillväxt. "

De studerade systematiskt kärnbildningen och tillväxtbeteendet för grafen på fast Cu och flytande Cu. Som en jämförelse med fast Cu, kärnbildningstätheten för grafen på flytande Cu uppvisar en kraftig nedgång och den relaterade aktiveringsenergin minskar också. När det gäller tillväxttakten, tillväxttakten för grafen på flytande Cu är nästan två ordrar större jämfört med den på fast Cu.

För att belysa tillväxtkinetiken för tillväxten av grafen på flytande Cu, de använde kolisotopmärkning av Ramanspektra och tid för flygning sekundära jonmasspektra för att spåra fördelningen av kolatomer i flytande Cu. De rapporterar det ¹³ C och ¹² C -atomer blandar enhetligt i varje grafenkristall, och ett visst antal kolatomer kan detekteras i huvuddelen av flytande Cu, jämfört med situationen i fast Cu med extremt låg kollöslighet.

Till skillnad från ytadsorptionstillväxtläget på fast Cu, prekursorförsörjningen för grafentillväxten på flytande Cu kan komma från ytadsorptionen och bulksegregeringen. Detta kan hänföras till de rika vakanserna i flytande Cu, där kolatomer först kan diffundera in i metallmassan innan de segregeras och fälls ut mot Cu -ytan. De binära bidragen från prekursorförsörjningen, d.v.s. ytadsorption och massegregering, påskynda den snabba tillväxten av grafen.

"Vi tror att studien om tillväxthastigheten för grafen i flytande Cu-system kommer att berika forskningskartan för tillväxten av tvådimensionella (2-D) material på flytande metall, "säger professor Lei Fu." Mer intressanta och unika beteenden i vätskeytan ska upptäckas. Strategin för flytande metall för snabb tillväxt av grafen kommer förhoppningsvis att utvidgas till olika 2-D-material och därmed främja deras framtida tillämpningar. "