Grafeno especialmente el monocristal de grafeno, es un material estrella para la fotónica y la electrónica del futuro debido a sus propiedades únicas, como la movilidad del portador de carga intrínseca gigante, registrar la conductividad térmica, super rigidez y excelente transmisión de luz. Sin embargo, si el grafeno puede estar a la altura de las expectativas depende de que sean confiables, Síntesis de alta calidad con alta eficiencia.

Recientemente, un grupo de investigación de la Universidad de Wuhan, Porcelana, exploró el emocionante crecimiento rápido de grandes monocristales de grafeno en Cu líquido con una tasa de hasta 79 μm s-1 basado en la estrategia de deposición química de vapor de metal líquido. Los resultados se publican en Ciencia China Materiales

El profesor Lei Fu dijo:"La propiedad natural del metal líquido lo califica como una plataforma ideal para la nucleación de baja densidad y el rápido crecimiento del grafeno. El catalizador de metal líquido posee una superficie casi atómica lisa con una alta tasa de difusión, que puede evitar los defectos y los límites de grano que son inevitables en el metal sólido. Los ricos electrones libres en el Cu líquido aceleran la nucleación del grafeno, dándose cuenta de la nucleación de los monocristales de grafeno en segundos. Y mientras tanto, la superficie lisa isotrópica suprime en gran medida la densidad de nucleación. Es más, la rápida transferencia de masa de átomos de carbono debido a la excelente fluidez del Cu líquido promueve un rápido crecimiento ".

Estudiaron sistemáticamente el comportamiento de nucleación y crecimiento del grafeno en Cu sólido y Cu líquido. En comparación con el Cu sólido, la densidad de nucleación del grafeno en el Cu líquido presenta una fuerte disminución y la energía de activación relacionada también disminuye. En cuanto a la tasa de crecimiento, la tasa de crecimiento del grafeno en el Cu líquido es casi dos órdenes mayor en comparación con la del Cu sólido.

Para dilucidar la cinética de crecimiento del crecimiento del grafeno en Cu líquido, Emplearon espectros Raman de marcado de isótopos de carbono y espectros de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo para rastrear la distribución de átomos de carbono en el Cu líquido. Ellos informan que ¹³ C y ¹² Los átomos de C se mezclan uniformemente en cada monocristal de grafeno, y se puede detectar un cierto número de átomos de carbono en la mayor parte del Cu líquido, en comparación con la situación en Cu sólido con una solubilidad en carbono extremadamente baja.

A diferencia del modo de crecimiento por adsorción de superficie en Cu sólido, el suministro de precursor para el crecimiento de grafeno en Cu líquido puede provenir de la adsorción superficial y la segregación a granel. Esto se puede atribuir a las ricas vacantes en Cu líquido, en el que los átomos de carbono pueden difundirse en primer lugar en la masa del metal antes de segregarse y precipitarse hacia la superficie del Cu. Las contribuciones binarias de la oferta de precursores, es decir., la adsorción superficial y la segregación a granel, acelerar el rápido crecimiento del grafeno.

"Creemos que el estudio sobre la velocidad de crecimiento del grafeno en el sistema de Cu líquido enriquecerá el mapa de investigación del crecimiento de materiales bidimensionales (2-D) en metal líquido, ", dice el profesor Lei Fu." Se van a descubrir comportamientos más interesantes y únicos en la superficie del líquido. Se espera que la estrategia de metal líquido para el rápido crecimiento del grafeno se extienda a varios materiales 2-D y, por lo tanto, promueva sus aplicaciones futuras ".