面向工業(yè)應(yīng)用，合成大型無缺陷二維材料 (2DM) ，比如石墨烯，是一項重大挑戰(zhàn)。在液態(tài)金屬催化劑 (LMCats)上化學(xué)氣相沉積(CVD)是最近開發(fā)的一種工藝，可以快速合成高質(zhì)量單晶2DM。然而，目前仍缺乏原位技術(shù)能夠直接反饋其生長過程，這限制了我們對其動力學(xué)過程的理解。因此，原位多尺度監(jiān)測2DMs 結(jié)構(gòu)，并且實時控制生長參數(shù)，對于有效合成是必不可少的。這里，研究人員通過四種互補的原位方法，實時監(jiān)測了石墨烯在液態(tài)銅上的生長，包括同步加速器 X 射線衍射和反射率、拉曼光譜、和輻射模式光學(xué)顯微鏡。該過程中，能夠控制石墨烯生長參數(shù)，如形狀、分散性、以及具有非常高準確度的六邊形超構(gòu)型。此外，從連續(xù)多晶薄膜到毫米級無缺陷單晶的生長均可以實現(xiàn)。所呈現(xiàn)的實驗結(jié)果對于LMCats上CVD 生長2D 材料的研究及定制具有深遠的意義。
Figure 1. 石墨烯在液態(tài)銅上的“脈沖”生長及其表征。通過原位光學(xué)顯微鏡記錄的石墨烯生長 (A)-(D) 和隨后的蝕刻 (E)。 長度比例尺對應(yīng)于 100 μm。(F) p(CH4)/p(H2) 演變情況。
Figure 2. 液態(tài)銅上石墨烯薄片相互作用的理論模型。 (A) 液態(tài)銅板上六邊形石墨烯薄片的 MD 模擬快照。(B)相互作用的薄片組示意圖用于計算分離距離。(C) 毛細管靜電模型預(yù)測的薄片之間的平均距離作為兩個模型參數(shù)的函數(shù)。
Figure 3. 石墨烯的原位和非原位拉曼光譜。 (A) 液態(tài)銅上原位生長SLG 的拉曼光譜， (B)非原位拉曼光譜。
Figure 4．在液態(tài)銅上實時調(diào)整石墨烯的生長。(A)-(E) 液態(tài)銅上生長、蝕刻、再生長、第二次蝕刻和第二次再生長石墨烯的光學(xué)顯微鏡圖像。(F)-(J) 分別為圖像 A-E 的 2D FFT圖。(K) 不同條件下的薄片粒度分布。(L) 薄片對角線（紅色），薄片之間的平均距離（ 藍色），和甲烷流（粉紅色區(qū)域）的時間演變。(M) 定義薄片之間的距離和薄片尺寸的示意圖。
該研究工作由荷蘭萊頓大學(xué)Irene M. N. Groot課題組于2021年發(fā)表ACS Nano期刊上。原文：Real-Time Multiscale Monitoring and Tailoring of Graphene Growth on Liquid Copper。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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