赖斯大学科学家对化学气相沉积（CVD）炉中石墨烯生长的一项新研究为改善材料生长质量铺平了道路。该研究结果已发表在《国家科学院学报》上。合著者鲍里斯·雅科布森（Boris Yakobson）告诉我们，电流通过纯石墨烯薄片时几乎没有电阻，这种特性使纳米材料成为触摸屏等电子应用的首选材料。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
莱斯大学研究人员绘制的一幅图表显示，石墨烯通过开五边形扶手椅边生长，原子一个接一个地连接在一起，形成了这种材料常见的六角形晶格。研究人员在一项研究中分析了石墨烯制造过程中所涉及的能量，这项研究可能有助于实验人员通过化学气相沉积来生产质量更好的石墨烯。(资料来源:雅可布森实验室/莱斯大学)
在CVD中，将加热的碳源暴露于金属催化剂中以生长石墨烯。研究人员测量了单个原子在“纳米反应器”中积累以生成石墨烯时的能量。他们将自己在晶体生长方面的专业知识用于纳米反应堆理论。他们发现，基于所使用的催化剂，在平衡状态下，一些石墨烯图案更有可能出现。
雅科布森解释说，石墨烯的边缘和边界决定了薄片的整体机械、电气和磁性。因此，了解决定扶手椅、之字形或歪斜边缘等边缘的条件，对于试图生长用于制造电子元件的纳米材料的科学家来说意义重大。
研究人员提出了一个全面的模型，描述了原子从原料(通常是CVD炉中的富含碳的薄雾)到催化剂，最终到石墨烯晶格的迁移。石墨烯的最终形状取决于能量和生长速率的微妙相互作用。和水一样，原子总是沿着阻力最小的路径运动，但温度的轻微变化和碳蒸气密度的变化可以改变这条路径。
利用密度泛函理论，研究人员计算了不同催化剂(如钴、铜、铁和镍)下所有可能的边缘取向的石墨烯生长情况。他们发现，当原子从蒸汽中释放并到达纳米反应堆的晶格时，可以绘制出它们的能级。
研究人员发现，边缘图案的形状取决于能量的使用效率。需要高能量来形成新的锯齿形边缘行；然而，随后的行中的原子很容易快速对齐。扶手椅的初始势垒更小，对接的其他原子的势垒保持不变。由于其最小的能量势垒，倾斜边缘显示出最高的生长速率。此外，碳蒸气与被称为二聚体的原子对可能有助于更快和更高质量的石墨烯生长。此外，滞后的锯齿形边缘是一个屏障，有助于决定石墨烯片的整体形状，而与金属基板无关。其他动力学因素也会导致形成花、星或不对称形状的变化。
研究人员还发现，在镍、钴和铁催化剂处于平衡状态时，开放的五边形扶手椅边缘是首选的生长模式，而在铜催化剂上，锯齿形边缘是最有可能的生长模式。他们还发现了一个数学证明，除了真空之外，不可能出现一些缺陷，其中五个和七个原子多边形对替代了相邻的六边形，这对于石墨烯的生长来说是不可能的。
来源:http://www.rice.edu