《生长速率对单晶区石墨烯晶格缺陷形成的影响。》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2018-03-16
  • 化学气相沉积(CVD)对石墨烯和其他二维材料的大规模生产具有广阔的前景。优化CVD过程以提高其质量是正在进行的努力的重点,并在减少与晶界和成核点相关的缺陷方面取得了重大进展。然而,对于在单晶材料中存在的、甚至是目前优化工作的极限的外生长晶格中的结构缺陷的质量和起源,我们知之甚少。我们在此研究了利用纳米尺度控制石墨烯在大范围内的生长速率的这种缺陷的形成动力学。拉曼光谱结果的统计分析表明,生长速率与缺陷之间存在明显的变化趋势,即在生长前,缺陷会优先愈合。我们的研究结果表明,低增长率是为了避免晶格缺陷的冻结和形成高质量的材料。这一结论得到了石墨烯载体在生长速率优化后的四倍增强的证实。

    ——文章发布于2018年3月06日

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    • 基础科学研究所(IBS)多维碳材料中心的一个研究小组在《科学》杂志上发表了一篇文章,内容是一种将廉价的多晶金属箔转变为性能优越的单晶的新方法。预计这些材料将在科学和技术方面有许多用途。 大多数金属材料的结构可以被认为是不同微小晶体组成的,在每个小晶格之间的边界上带有一些缺陷。这些缺陷称为晶界(GB),使金属的电学性能和机械性能恶化。相反,单晶金属没有GB,并且具有更高的导电性和其他增强的品质,这些品质可以在多个领域发挥重要作用,例如电子,等离子体和催化等。单晶金属箔也引起了极大的关注,因为某些单晶金属,例如铜,镍和钴,适合于在它们之上生长无缺陷的石墨烯,氮化硼和金刚石。 单晶通常是由“单晶胞”开始制作的。传统的方法,如提拉法或布里奇曼法,或其他基于在单晶无机衬底上沉积金属薄膜的方法,以较高的加工成本实现了小单晶。 为了让这种金属结构得到更为广泛的应用,由蔚山国家科学技术研究所(UNIST)的Rodney Ruoff领导的IBS团队,以及JIN Sunghwan和SHIN Hyung-Joon,发明了“无接触退火”(CFA)技术。CFA包括将多晶金属箔加热到略低于每种金属熔点的温度。这种新方法不需要单晶种子或模板,这样子就打破了最大晶体尺寸的限制,并且使用五种不同类型的金属箔进行测试:铜,镍,钴,铂和钯。它导致了“巨大的晶粒生长”,铜达到了32平方厘米。 针对不同的金属具体的实验细节是不同的。在铜的情况下,使用石英支架和杆来悬挂金属箔,就像悬挂在晾衣绳上的衣服一样。然后,在管状炉中将箔加热至约1050摄氏度(1323开氏度),在接近铜的熔点(1358K)的温度下在氢气和氩气氛下加热数小时,然后冷却。 科学家们还从镍和钴箔上获得了单晶,每片约11平方厘米。所实现的尺寸受到炉子尺寸的限制,因此可以期望通过“工业”加工方法生产更大的箔。 因为铂的熔化温度较高(2041K),要使它融化必须要用电阻加热的方法。电流通过连接在两个相反电极上的铂箔,然后移动和调整一个电极以保持箔在膨胀和收缩期间内保持平坦。研究小组希望这种方法适用于其它金属箔,因为它也适用于钯。 这些大的单晶金属箔在许多应用中是有用的。例如,可以在它们上面生长石墨烯:在单晶铜箔上得到质量非常高的单晶单层石墨烯,在单晶铜镍合金箔上形成多层石墨烯。 新型单晶铜箔显示出良好的电性能。Sungkyunkwan大学的YOO Won Jong和MOON Inyong合作者测量了单晶铜箔的室温电导率与市售多晶箔相比增加了7%。 该研究的第一作者金成焕和他的主管鲁夫(Ruoff)表示:“现在我们已经探索了这五种金属,并且发明了一种简单的可伸缩的方法来制造如此大的单晶,这就产生了一个令人兴奋的问题,即其他类型的多晶金属薄膜,如铁,是否也能被转化为单晶。”Ruoff热情地总结道:“现在这些廉价的单晶金属箔已经面世了,看到它们被科学和工程界等等所使用将是非常令人兴奋的!”
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