grafeen, vooral het grafeen eenkristal, is een stermateriaal voor toekomstige fotonica en elektronica vanwege zijn unieke eigenschappen, zoals gigantische mobiliteit van intrinsieke ladingsdragers, registreer thermische geleidbaarheid, super stijfheid en uitstekende lichttransmissie. Echter, of grafeen aan de verwachting kan voldoen, hangt af van betrouwbare, hoogwaardige synthese met een hoog rendement.

Onlangs, een onderzoeksgroep van de Universiteit van Wuhan, China, onderzocht de opwindende snelle groei van groot grafeen-eenkristal op vloeibaar Cu met een snelheid tot 79 m s-1 op basis van de strategie voor chemische dampafzetting van vloeibaar metaal. De resultaten zijn gepubliceerd in Wetenschap China-materialen

Prof. Lei Fu zei:"De natuurlijke eigenschap van vloeibaar metaal kwalificeert het als een ideaal platform voor de nucleatie met lage dichtheid en de snelle groei van grafeen. Vloeibare metaalkatalysatoren hebben een quasi-atomair glad oppervlak met een hoge diffusiesnelheid, die de defecten en korrelgrenzen kan vermijden die onvermijdelijk zijn op massief metaal. De rijke vrije elektronen in vloeibaar Cu versnellen de kiemvorming van grafeen, het realiseren van de nucleatie van grafeen-eenkristallen binnen enkele seconden. En in de tussentijd, het isotrope gladde oppervlak onderdrukt in hoge mate de nucleatiedichtheid. Bovendien, de snelle massaoverdracht van koolstofatomen dankzij de uitstekende vloeibaarheid van vloeibaar Cu bevordert een snelle groei."

Ze bestudeerden systematisch de kiemvorming en het groeigedrag van grafeen op vast Cu en vloeibaar Cu. Ter vergelijking met vast Cu, de nucleatiedichtheid van grafeen op vloeibaar Cu vertoont een sterke daling en de bijbehorende activeringsenergie neemt ook af. Wat de groeisnelheid betreft, de groeisnelheid van grafeen op vloeibaar Cu is bijna twee orden groter in vergelijking met die op vast Cu.

Om de groeikinetiek van de groei van grafeen op vloeibaar Cu op te helderen, ze gebruikten koolstofisotooplabeling Raman-spectra en vluchttijd secundaire ionenmassaspectra om de verdeling van koolstofatomen in vloeibaar Cu te traceren. Ze melden dat ¹³ C en ¹² C-atomen mengen zich uniform in elk grafeen-enkelkristal, en een bepaald aantal koolstofatomen kan worden gedetecteerd in het grootste deel van vloeibaar Cu, vergeleken met de situatie in vast Cu met een extreem lage koolstofoplosbaarheid.

In tegenstelling tot de oppervlakte-adsorptiegroeimodus op vast Cu, de precursortoevoer voor de grafeengroei op vloeibaar Cu kan afkomstig zijn van de oppervlakteadsorptie en de bulksegregatie. Dit kan worden toegeschreven aan de rijke leegstand in vloeibaar Cu, waarin koolstofatomen eerst in de metaalmassa kunnen diffunderen voordat ze zich scheiden en neerslaan naar het Cu-oppervlak. De binaire bijdragen van het aanbod van precursoren, d.w.z., de oppervlakteadsorptie en de bulksegregatie, versnellen de snelle groei van grafeen.

"We denken dat het onderzoek naar de groeisnelheid van grafeen in het vloeibare Cu-systeem de onderzoekskaart van de groei van tweedimensionale (2-D) materialen op vloeibaar metaal zal verrijken, " zegt prof. Lei Fu. "Er moeten meer interessante en unieke gedragingen in het vloeistofoppervlak worden ontdekt. De vloeibare metaalstrategie voor de snelle groei van grafeen zal hopelijk worden uitgebreid naar verschillende 2D-materialen en zo hun toekomstige toepassingen promoten."