Graphène, en particulier le monocristal de graphène, est un matériau vedette pour la photonique et l'électronique du futur en raison de ses propriétés uniques, telles que la mobilité des porteurs de charge intrinsèque géante, enregistrer la conductivité thermique, super rigidité et excellente transmission de la lumière. Cependant, si le graphène peut répondre aux attentes dépend de la fiabilité, synthèse de haute qualité avec un rendement élevé.

Récemment, un groupe de recherche de l'Université de Wuhan, Chine, ont exploré la croissance rapide et passionnante de grands monocristaux de graphène sur du Cu liquide avec une vitesse allant jusqu'à 79 m s-1 sur la base de la stratégie de dépôt chimique en phase vapeur de métal liquide. Les résultats sont publiés dans Science Chine Matériaux

Le professeur Lei Fu a déclaré :"La propriété naturelle du métal liquide en fait une plate-forme idéale pour la nucléation à faible densité et la croissance rapide du graphène. Le catalyseur de métal liquide possède une surface quasi atomiquement lisse avec un taux de diffusion élevé, ce qui permet d'éviter les défauts et joints de grains inévitables sur le métal massif. Les riches électrons libres du Cu liquide accélèrent la nucléation du graphène, réaliser la nucléation de monocristaux de graphène en quelques secondes. Et en attendant, la surface lisse isotrope supprime considérablement la densité de nucléation. De plus, le transfert de masse rapide des atomes de carbone dû à l'excellente fluidité du Cu liquide favorise une croissance rapide."

Ils ont systématiquement étudié le comportement de nucléation et de croissance du graphène sur Cu solide et Cu liquide. En comparaison avec le Cu solide, la densité de nucléation du graphène sur Cu liquide présente une forte baisse et l'énergie d'activation associée diminue également. Quant au taux de croissance, le taux de croissance du graphène sur Cu liquide est presque deux ordres plus grand que celui sur Cu solide.

Afin d'élucider la cinétique de croissance de la croissance du graphène sur Cu liquide, ils ont utilisé des spectres Raman de marquage isotopique du carbone et des spectres de masse d'ions secondaires à temps de vol pour tracer la distribution des atomes de carbone dans le Cu liquide. Ils rapportent que ¹³ C et ¹² Les atomes de C se mélangent uniformément dans chaque monocristal de graphène, et un certain nombre d'atomes de carbone peuvent être détectés dans la masse de Cu liquide, par rapport à la situation du Cu solide avec une solubilité du carbone extrêmement faible.

Contrairement au mode de croissance par adsorption de surface sur Cu solide, l'apport de précurseur pour la croissance du graphène sur Cu liquide peut provenir de l'adsorption de surface et de la ségrégation en masse. Ceci peut être attribué aux riches lacunes en Cu liquide, dans lequel les atomes de carbone peuvent d'abord diffuser dans la masse métallique avant de se séparer et de précipiter vers la surface de Cu. Les contributions binaires de l'approvisionnement en précurseurs, c'est à dire., l'adsorption en surface et la ségrégation en vrac, accélérer la croissance rapide du graphène.

"Nous pensons que l'étude sur la vitesse de croissance du graphène dans le système de Cu liquide enrichira la carte de recherche de la croissance des matériaux bidimensionnels (2-D) sur le métal liquide, " explique le professeur Lei Fu. " Des comportements plus intéressants et uniques à la surface du liquide doivent être découverts. La stratégie de métal liquide pour la croissance rapide du graphène sera, espérons-le, étendue à divers matériaux 2D et favorisera ainsi leurs futures applications. »