Создание узких слоев графена и других 2D материалов по масштабу, требуемому в целях изучения, распространено, но они должны быть произведены в намного более широком масштабе, дабы быть нужными.Графен рекламируется для его потенциала беспрецедентной силы и высокой электрической проводимости и возможно сделан при помощи известных подходов: отделение хлопьев графита – серебристого мягкого материала, отысканного в карандашах – в один атом толстые слои либо рост его атом атомом на катализаторе от газообразного предшественника до ультратонких слоев, организовано.
ORNL-возглавляемая исследовательская несколько применяла последний способ – известный как химическое смещение пара либо CVD – но с поворотом. В изучении, опубликованном по собственной природе Материалы, они растолковали, как локализованный контроль процесса CVD разрешает эволюционный, либо самоотбор, рост при оптимальных условиях, приводя к громадному, лист «единственный кристалл как» графена.
«Громадные единственные кристаллы более механически прочны и смогут иметь более высокую проводимость», ORNL ведут, соавтор Иван Влассиук сообщил. «Это позвано тем, что не сильный места, являющиеся результатом соединений между отдельными областями в поликристаллическом графене, устранены».«Отечественный способ мог быть ключом не только к улучшению широкомасштабного производства одно-кристаллического графена, но и к вторым 2D материалам кроме этого, что нужен для их широкомасштабных заявлений», добавил он.
Во многом как классические подходы CVD, дабы произвести графен, исследователи распылили газообразную смесь предшествующих молекул углеводорода на железную, поликристаллическую фольгу. Но они шепетильно руководили местным смещением молекул углеводорода, принося им конкретно к краю появляющегося графенового фильма. Как основание, перемещенное внизу, атомы углерода непрерывно планировали как единственный кристалл графена до фута в длине.
«Незаложенный графеновый рост «единственный кристалл как» может идти практически непрерывно как от рулона к рулону и вне образцов длиной в ногу, показанных ко мне», сообщил Сергей Смирнов, преподаватель и соавтор Университета штата Нью-Мексико.Потому, что углеводороды приземляются тёплая фольга катализатора, они формируют группы атомов углерода, каковые растут со временем в громадные области до соединения, дабы покрыть целое основание. Команда ранее отыскала, что при высоких температурах, атомы углерода графена не коррелировали, либо зеркало, атомы основания, допуская неэпитаксиальный прозрачный рост.Так как концентрация газовой смеси очень сильно воздействует, как скоро единственный кристалл растет, снабжение предшественника углеводорода около существующего края единственного графенового кристалла может содействовать собственному росту действеннее, чем формирование новых групп.
«В таковой окружающей среде, которой руководят самый скоро растущая ориентация графеновых кристаллов сокрушает другие и ‘эволюционно отобрана’ в единственный кристалл, кроме того на поликристаллическом основании, не имея необходимость соответствовать ориентации основания, которая в большинстве случаев происходит со стандартным эпитаксиальным ростом», сообщил Смирнов.Они нашли, что, дабы обеспечивать оптимальный рост, было нужно создать «ветер», что оказывает помощь устранить формирования группы. «Было в обязательном порядке, дабы мы создали внешнюю среду, где формирование новых групп перед фронтом роста было полностью подавлено, и расширению легко растущего края громадного графенового кристалла не мешали», сообщил Влассайоук. «После этого и лишь тогда, нет ничего, что стоит на пути ‘самого пригодного’ прозрачного роста, в то время, когда основание перемещается».Теоретики команды, во главе с соавтором учитель Университета Райса Борис Якобсон, предоставили модель, растолковывающую, какие конкретно кристаллические ориентации владеют неповторимыми особенностями, каковые делают их самыми пригодными в пробеге для выживания, и из-за чего выбор победителя может зависеть от предшественников и основания.«В случае если графен либо какой-либо 2D материал когда-нибудь будут продвигаться до промышленных масштабов, данный подход будет главным, подобным способу Цзочральского для кремния».
Якобсон сообщил. «Производители смогут пребывать в уверенности, что, в то время, когда большой, слой сырья размера вафли сокращен для любой фальсификации устройства, любая получающаяся часть будет качественным монокристаллом. Эта возможно огромная, действенная роль заставляет нас изучить теоретические правила, дабы быть максимально ясными».
Практическое увеличение графена, применяя способ команды еще неизвестно, но исследователи считают, что их эволюционный способ роста единственного кристалла выбора имел возможность кроме этого быть применен к многообещающим другим 2D материалам, таким как нитрид бора, он же «белый графен» и дисульфид молибдена.