그래핀의 성장 메커니즘은 주로 사용되는 금속 촉매의 유형에 영향을 받으며, 구리(Cu)와 니켈(Ni)이 가장 일반적입니다. 탄소 용해도가 낮은 Cu는 탄화수소 분해를 통해 Cu 표면의 고온에서 그래핀이 형성되는 표면 성장 메커니즘을 촉진합니다. 반대로, 탄소 용해도가 높은 Ni는 표면 분리 및 침전 메커니즘을 가능하게 합니다. 이 경우 탄소는 고온에서 벌크 Ni로 확산되고 냉각 시 분리되어 금속 표면에 그래핀 시트가 형성됩니다.
Cu의 표면 성장:
Cu에서 그래핀이 성장하는 과정에는 탄화수소가 고온에서 분해되어 탄소 원자를 방출한 다음 Cu 표면에 조립되는 과정이 포함됩니다. 이 메커니즘이 선호되는 이유는 Cu가 탄소를 쉽게 용해하지 않아 탄소가 표면에 남아 그래핀을 형성하기 때문입니다. 성장은 일반적으로 탄소 종들이 성장하는 그래핀 섬의 가장자리에 추가되어 결국 연속적인 단층으로 합쳐지는 2차원 과정입니다. 완전한 층이 형성되면 표면의 반응성이 낮아져 추가 층이 더 이상 성장하는 것을 억제합니다.Ni의 분리 및 침전:
이와 대조적으로 Ni의 성장 메커니즘은 탄소를 용해하는 능력으로 인해 더 복잡합니다. 고온 합성 과정에서 탄소 원자는 Ni 덩어리로 확산됩니다. 시스템이 냉각되면 이러한 탄소 원자가 분리되어 Ni에서 침전되어 표면에 그래핀 층을 형성합니다. 이 과정은 냉각 속도와 Ni의 초기 탄소 농도에 영향을 받으며, 이는 생성되는 그래핀 층의 수와 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
합성 조건의 영향:
그래핀의 핵 형성 및 성장은 온도, 압력, 전구체 플럭스 및 조성과 같은 다양한 합성 조건과 결정성, 조성, 결정면 및 표면 거칠기를 포함한 촉매의 특성에 따라 크게 달라집니다. 이러한 요소들은 그래핀 결정의 모양, 배향, 결정성, 핵 형성 밀도, 결함 밀도 및 진화에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
연구 및 개발:
