北大：機械性能顯著增強的超平坦石墨烯的生長

2020-09-05 材料分析與應用

成果簡介

通過化學氣相沉積在Cu上生長的石墨烯是粗糙的，這是由於為了釋放界面熱應力和/或石墨烯彎曲能而使Cu表面粗糙化。粗糙度降低了石墨烯的電導和機械強度。本文，北京大學彭海琳教授、劉忠範院士、韋小丁研究員和國家納米科學中心張忠研究員等人，在《Nano Lett》期刊發表名為「Growth of Ultraflat Graphene with Greatly Enhanced Mechanical Properties」的論文，研究通過使用相鄰的Cu（111）和平坦的Cu（111）作為模型基底，研究了原始表面形貌對石墨烯覆蓋的Cu表面變形的關鍵作用。

證明了在臨近的Cu（111）上的階梯臺階主導了臺階束（SBs）的形成。在平坦的Cu（111）薄膜上生長粗糙度低至0.2 nm的原子平坦的石墨烯。當避免了由SB引起的波紋時，生長後的超扁平石墨烯在轉移後仍保持其扁平特徵。超平石墨烯表現出非凡的機械性能，與機械剝離的機械性能相當，楊氏模量約為940 GPa，強度約為117 GPa。分子動力學模擬揭示了具有波紋結構的石墨烯的彈性響應軟化和強度減弱的機理。

圖文導讀


圖1. Cu表面形貌對超平坦石墨烯生長的關鍵作用


圖2.將超平坦石墨烯轉移到目標基材上


圖3.超平坦石墨烯的機械性能大大提高


圖4.波紋石墨烯片的分子動力學模擬。


小結

總之，發現Cu（111）基板的表面形貌至關重要，並且在石墨烯的CVD生長過程中佔主導地位。可以在原始的平坦Cu（111）薄膜上生長表面平坦度低至原子級且無臺階束的無平石墨烯。對超平坦石墨烯生長的發現可能有助於其他超扁平和原始2D材料的生長，例如h-BN。


文獻：

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