Grafene, in particolare il monocristallo di grafene, è un materiale stellare per la fotonica e l'elettronica future grazie alle sue proprietà uniche, come la gigantesca mobilità dei portatori di carica intrinseca, registrare la conduttività termica, super rigidità ed eccellente trasmissione della luce. Però, se il grafene può essere all'altezza delle aspettative dipende da affidabilità, sintesi di alta qualità ad alta efficienza.

Recentemente, un gruppo di ricerca dell'Università di Wuhan, Cina, ha esplorato l'eccitante rapida crescita di un grande cristallo singolo di grafene su Cu liquido con una velocità fino a 79 μm s-1 basata sulla strategia di deposizione di vapore chimico di metallo liquido. I risultati sono pubblicati in Scienza Cina Materiali

Il prof. Lei Fu ha detto, "La proprietà naturale del metallo liquido lo qualifica come una piattaforma ideale per la nucleazione a bassa densità e la rapida crescita del grafene. Il catalizzatore in metallo liquido possiede una superficie quasi atomicamente liscia con un'elevata velocità di diffusione, che possono evitare i difetti e i bordi di grano che sono inevitabili sul metallo solido. I ricchi elettroni liberi nel Cu liquido accelerano la nucleazione del grafene, realizzando la nucleazione dei singoli cristalli di grafene in pochi secondi. E intanto, la superficie liscia isotropa sopprime notevolmente la densità di nucleazione. Inoltre, il rapido trasferimento di massa degli atomi di carbonio grazie all'eccellente fluidità del Cu liquido favorisce una rapida crescita."

Hanno studiato sistematicamente la nucleazione e il comportamento di crescita del grafene su Cu solido e Cu liquido. Come confronto con Cu solido, la densità di nucleazione del grafene su Cu liquido mostra un forte declino e diminuisce anche la relativa energia di attivazione. Per quanto riguarda il tasso di crescita, il tasso di crescita del grafene sul Cu liquido è di quasi due ordini superiore rispetto a quello sul Cu solido.

Al fine di chiarire la cinetica di crescita della crescita del grafene su Cu liquido, hanno impiegato gli spettri Raman di marcatura degli isotopi di carbonio e gli spettri di massa degli ioni secondari a tempo di volo per tracciare la distribuzione degli atomi di carbonio nel Cu liquido. Dicono che ¹³ C e ¹² Gli atomi di C si mescolano uniformemente in ogni singolo cristallo di grafene, e un certo numero di atomi di carbonio può essere rilevato nella massa di Cu liquido, rispetto alla situazione in Cu solido con solubilità del carbonio estremamente bassa.

A differenza della modalità di crescita ad adsorbimento superficiale su Cu solido, la fornitura di precursori per la crescita del grafene su Cu liquido può provenire dall'adsorbimento superficiale e dalla segregazione di massa. Ciò può essere attribuito ai ricchi posti vacanti in Cu liquido, in cui gli atomi di carbonio possono dapprima diffondere nella massa metallica prima di segregarsi e precipitare verso la superficie del Cu. I contributi binari della fornitura precursore, cioè., l'adsorbimento superficiale e la segregazione di massa, accelerare la rapida crescita del grafene.

"Pensiamo che lo studio sulla velocità di crescita del grafene nel sistema Cu liquido arricchirà la mappa di ricerca della crescita di materiali bidimensionali (2-D) su metallo liquido, " afferma il prof. Lei Fu. "Stanno essere scoperti comportamenti più interessanti e unici nella superficie del liquido. Si spera che la strategia del metallo liquido per la rapida crescita del grafene sarà estesa a vari materiali 2-D e quindi promuoverà le loro applicazioni future".