Механизм роста графена в первую очередь зависит от типа используемого металлического катализатора, наиболее распространенными из которых являются медь (Cu) и никель (Ni). Медь, обладающая низкой растворимостью углерода, способствует поверхностному механизму роста, при котором графен образуется при высоких температурах на поверхности меди в результате разложения углеводородов. Напротив, Ni, благодаря высокой растворимости углерода, позволяет использовать механизм, включающий поверхностную сегрегацию и осаждение. В этом случае углерод диффундирует в объемный Ni при высоких температурах и сегрегации при охлаждении, что приводит к образованию графеновых листов на поверхности металла.
Поверхностный рост на меди:
Рост графена на меди включает в себя процесс, в котором углеводороды разлагаются при высоких температурах, высвобождая атомы углерода, которые затем собираются на поверхности меди. Этот механизм предпочтителен, поскольку медь плохо растворяет углерод, заставляя его оставаться на поверхности и образовывать графен. Рост обычно представляет собой двумерный процесс, в котором углеродные частицы добавляются к краям растущих графеновых островков, в конечном итоге объединяясь в непрерывный монослой. После формирования целостного слоя поверхность становится менее реактивной, что препятствует дальнейшему росту дополнительных слоев.Сегрегация и осаждение на Ni:
В отличие от этого, механизм роста на Ni более сложен из-за его способности растворять углерод. Во время высокотемпературного синтеза атомы углерода диффундируют в объемный слой Ni. По мере охлаждения системы эти атомы углерода разделяются и осаждаются из Ni, образуя графеновые слои на поверхности. На этот процесс влияют скорость охлаждения и начальная концентрация углерода в Ni, что может повлиять на количество и качество получаемых графеновых слоев.
Влияние условий синтеза:
Зарождение и рост графена сильно зависят от различных условий синтеза, таких как температура, давление, поток и состав прекурсора, а также от свойств катализатора, включая его кристалличность, состав, грань кристалла и шероховатость поверхности. Эти факторы могут существенно влиять на форму, ориентацию, кристалличность, плотность зарождения, плотность дефектов и эволюцию кристаллов графена.
Исследования и разработки:
