盡管二維(2D)材料中的晶界（GBs）已被廣泛觀察和表征，但其形成機(jī)制仍未得到解釋。這里報(bào)道了一個(gè)通用模型來(lái)闡明2D材料生長(zhǎng)過(guò)程中GBs的形成機(jī)理。基于該模型，提出了一種在液體基底上合成孿晶2D材料的通用方法。以液態(tài)銅表面上生長(zhǎng)石墨烯為例，成功地證明了孿晶石墨烯的生長(zhǎng)，其中所有的GBs都是超長(zhǎng)的直孿晶邊界。此外，在石墨烯中還發(fā)現(xiàn)了明確的孿晶邊界，由于氫原子在高能孿晶上的優(yōu)先吸附，石墨烯可以被氫氣選擇性蝕刻。該研究工作揭示了2D材料生長(zhǎng)過(guò)程中GBs的形成機(jī)理，為生長(zhǎng)具有可控GBs的各種2D納米結(jié)構(gòu)鋪平了道路。
Figure 1. 2D材料生長(zhǎng)過(guò)程中GB形成示意圖。a）相同生長(zhǎng)速率的兩個(gè)錯(cuò)位2D島的接合。b）不同生長(zhǎng)速率的兩個(gè)2D島的接合。c）不斷變化生長(zhǎng)速率的兩個(gè)2D島的接合。d)在多晶襯底上形成傾斜的GBs。
Figure 2. 液態(tài)銅表面生長(zhǎng)石墨烯島中晶界的表征。a)石墨烯島的SEM圖像。b)具有超長(zhǎng)直晶界的多晶石墨烯島。c)液晶(5CB)涂覆的石墨烯島的偏振光學(xué)圖像。D)多晶石墨烯島的Raman D帶(1325–1375 cm–1)峰強(qiáng)圖。e)石墨烯中晶界的高分辨率TEM圖像。f) HRTEM圖顯示了雙邊晶界的原子結(jié)構(gòu)。
Figure 3．液態(tài)銅表面生長(zhǎng)的多晶石墨烯島刻蝕孔洞的表征與分析。a)蝕刻石墨烯的SEM圖像。b)Raman D帶(1325–1375 cm–1)強(qiáng)度圖。c)石墨烯GBs在蝕刻過(guò)程中的演變示意圖。d)蝕刻孔角度θ的統(tǒng)計(jì)分析。e)蝕刻孔內(nèi)角的詳細(xì)分析。f) 圖(c)中標(biāo)記的角γ分布情況。
Figure 4．示意圖顯示了在a)θ = 17.9°和b) θ = 46.8°時(shí)，在石墨烯晶界處形成蝕刻孔的動(dòng)力學(xué)Wulff結(jié)構(gòu)。
該研究工作由韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究院多維碳材料中心Feng Ding課題組于2021年發(fā)表在Small期刊上。原文：Growth and Selective Etching of Twinned Graphene on Liquid Copper Surface。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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