銅箔是用于合成大面積，高質(zhì)量單層石墨烯的最有前途的催化劑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cu襯底在石墨烯生長(zhǎng)溫度下呈半熔融狀態(tài)。在本研究中，我們基于自主研發(fā)的C-Cu經(jīng)驗(yàn)勢(shì)與密度泛函理論(DFT)方法，對(duì)納米石墨烯進(jìn)行了系統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬，以探索石墨烯納米結(jié)構(gòu)(即碳納米團(tuán)簇和石墨烯納米帶)在半熔融Cu基體上的穩(wěn)定性。在經(jīng)典的MD模擬中觀察到的許多原子細(xì)節(jié)與在DFT-MD模擬中觀察到的一致，這證實(shí)了C-Cu勢(shì)的高精度。根據(jù)石墨烯島的大小，可以觀察到兩種不同的下陷模式:(i)石墨烯島下沉到金屬基底的第一層，(ii)石墨烯島周圍有許多金屬原子。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯的下沉導(dǎo)致了石墨烯島的單向排列和無縫拼接，這解釋了大型單晶石墨烯在Cu箔上的生長(zhǎng)。這項(xiàng)研究加深了我們對(duì)石墨在半熔融Cu襯底上的CVD生長(zhǎng)物理認(rèn)識(shí)，并充分解釋了多個(gè)實(shí)驗(yàn)謎團(tuán)，并為大面積單晶單層石墨烯的受控合成提供了理論參考。
Fig. 1 在不同溫度下，C
24在Cu (111)表面的沉降。
Fig. 2 C
24在Cu (111)表面下沉的細(xì)節(jié)。
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Fig. 3 在Cu (111)表面上的C
54。
Fig. 4 MD期間C
24的旋轉(zhuǎn)角度分布。
Fig. 5 在不同溫度下，半熔融Cu基板上的石墨烯納米帶(GNR)。
Fig. 6 1350K石墨烯納米帶的拼接工藝。
相關(guān)研究成果于2020年由江蘇大學(xué)Guanjun Qiao課題組，發(fā)表在npj Computational Materials (https://doi.org/10.1038/s41524-020-0281-1)上。原文：Molecular dynamics simulation of graphene sinking during chemical vapor deposition growth on semi-molten Cu substrate
