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取向高度一致的单层石墨烯在铜镍(111)合金上的生长
出处:OIL实验室  录入日期:2018-07-12  点击数:35

  随着对石墨烯材料研究的深入,一些方法如石墨的机械剥离、SiC外延生长或者化学气相沉积法都被证明可以用于单层石墨烯的制备。而其中,化学气相沉积法是目前制备大面积石墨烯薄膜的最有效的方法。然而,在石墨烯生长过程中,由于石墨烯岛晶片无法对齐而产生的晶界使得石墨烯的本质物理和化学性能受到了影响。因此,制备出具有较少晶界的大面积石墨烯薄膜是具有很大的意义和工业化前景的。
  目前,这种类似于单晶石墨烯的生长主要有两种方式:一种是通过较慢的单个石墨烯晶片的生长,达到报道的毫米到厘米量级的石墨烯;而另一种是一种较快的通过调控石墨烯晶片的取向,通过缝合具有高度一致取向的石墨烯晶片,以快速的制备出大面积且具有极少晶界的石墨烯薄膜。近期,S. Ruoff在ACS Nano上发表一篇通过利用铜镍(111)合金箔作为基底,生长出了具有取向高度一致的单层石墨烯薄膜。

 


  图1. 在Cu / Ni(111)合金箔上制备高度一致取向的单层石墨烯 (a)制备方法示意图 (b-e)在Cu / Ni(111)合金箔(5.9at %Ni)上生长的石墨烯的SEM图像—分别为1,2,3和5分钟(e)中的箭头为连续单层石墨烯中的折叠区域。

 

 


  图2 .Cu / Ni(111)合金箔的表征:(a)Cu / Ni(111)合金箔的光学图像。 (b)Cu / Ni(111)合金箔的SEM图像 (c)EBSD地图的反极图定向着色方案。 (d)四个100×100μm2的EBSD的区域(e)Cu / Ni(111)合金箔的LEED测量。

 

 


  图3. 单层石墨烯薄膜的毫米级晶粒图 (a)转印到TEM栅格上的石墨烯膜的照片。
  (b)沿线的衍射斑的强度分布 (c-k)如图(a)所示,从不同格孔取得的9个代表性SAED图案  (l)单层的HR-TEM图像 显示六角形原子排列的石墨烯膜
  文章主要通过化学气相沉积法,使用甲烷和氢气得到了在“自制”单晶铜镍合金箔(111)上的大面积单层石墨烯。在同样的实验条件下,相比于纯单晶铜需要60分钟才能在表面长满一层石墨烯,报道通过调控不同的镍的比例,可以实现在5分钟快速实现石墨烯的全部覆盖。通过LEED表征,这种自制的单晶铜镍合金的表面具有Cu6Ni1 的化学计量比。 在此种衬底上可以实现单晶或接近于单晶的大面积单层石墨烯的生长。所生长的石墨烯在大部分区域都非常平整,同时通过原子力显微镜以及扫面隧道显微镜发现每隔一段区域就要一条平行的折叠。这段折叠可以归因于快速冷却所带来的石墨烯与基地间膨胀系数差异所导致的应力。总的来说,文章对自制的合金基底以及所制备的石墨烯进行了完整且细致的表征,提出了具有特殊晶体结构的合计基底对于制备大面积单晶石墨烯薄膜的意义,为石墨烯薄膜制备产业化提出了具有重要意义的制备方法。
  文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b02444
  来源:OIL实验室

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