In un articolo pubblicato su Nano , un team di ricercatori del Laboratorio di Meccanica del Grafene (LogM), Università di Zhejiang, ha mostrato come la struttura morfologica di un substrato catalitico influenzi la crescita del grafene. Ciò fornisce maggiori indicazioni sulla sintesi di grafene di alta qualità con meno confini di dominio.

In che modo la struttura morfologica di un substrato catalitico influenza la crescita del grafene? A causa degli effetti di altri parametri ambientali durante la crescita della deposizione chimica da vapore (CVD) di un cristallo di grafene, questa domanda rimane irrisolta.

Però, i cristalli singoli di grafene esagonali allineati forniscono un modo più semplice per scoprire il comportamento di crescita CVD dei cristalli singoli di grafene vicino ai bordi dei grani di Cu, e dimostrare che l'orientamento reticolare del grafene non è influenzato da questi bordi di grano e determinato solo dal cristallo di Cu su cui è nucleato.

Un team di ricercatori del Laboratorio di Meccanica del Grafene (LogM), Università di Zhejiang, ha mostrato una chiara irrilevanza per la crescita CVD di un singolo cristallo di grafene con la cristallinità del suo substrato cresciuto dopo che è stato nucleato, e dimostrato che l'orientamento reticolare di un singolo cristallo di grafene su Cu è determinato solo dal grano di Cu su cui è stato nucleato.

Utilizzando il metodo CVD a pressione ambiente (AP) invece del metodo CVD a bassa pressione (LP) e parametri di crescita accuratamente regolati, monocristalli esagonali di grafene fino a scala millimetrica e strutture di bordo a zigzag sono stati ottenuti con successo su superfici di Cu policristallino. A causa di tali campioni di grafene esagonale con orientamenti reticolari che possono essere determinati direttamente e semplicemente dagli occhi o dalla microscopia ottica anziché dalla microscopia elettronica, il comportamento di crescita CVD di un monocristallo di grafene sul terrazzo di grani di Cu e vicino ai bordi dei grani è ampiamente semplificato, che può essere ulteriormente riassunto con un modello che riguarda esclusivamente la struttura cristallografica del Cu.

I loro risultati hanno mostrato che per un singolo cristallo di grafene cresciuto su Cu, il suo orientamento reticolare è determinato dall'energia di legame del suo nucleo e del substrato sottostante, probabilmente da una modalità di nucleazione legata al Cu-step, e rimane invariato durante il successivo processo di espansione con continui precursori in entrata. Il flusso di idrogeno nel precursore aiuta a terminare il bordo del nucleo formato con una struttura H-terminata e disaccoppiata dalla superficie del substrato. Quando l'espansione del monocristallo di grafene raggiunge il confine del grano Cu, il confine del grano Cu e il grano Cu vicino non cambieranno l'orientamento del reticolo e la direzione di espansione di questo monocristallo di grafene.

Il LogM sta attualmente esplorando le nuove proprietà meccaniche del bidimensionale come l'inclusione di grafene e dicalcogenuri di metalli di transizione, per una migliore comprensione della loro fisica fondamentale e delle applicazioni promettenti. I suoi principali temi di ricerca includono la sintesi controllata di materiali bidimensionali, le nuove tecniche di trasferimento con meno difetti e su substrati arbitrari, la verifica sperimentale delle proprietà meccaniche, e dispositivi meccanoelettrici.