石墨烯的生长机制是一个引人入胜的过程，主要受所用金属催化剂类型的影响。
最常见的两种催化剂是铜（Cu）和镍（Ni）。
铜的碳溶解度低，有利于表面生长机制。
在高温下，石墨烯通过碳氢化合物的分解在铜表面形成。
另一方面，由于镍的碳溶解度较高，因此可实现表面偏析和沉淀机制。
在这种情况下，碳在高温下扩散到块状镍中，并在冷却时发生偏析，从而在金属表面形成石墨烯薄片。
5 对石墨烯生长机制的主要见解
1.铜表面生长
石墨烯在铜上的生长涉及碳氢化合物在高温下分解的过程。
这将释放出碳原子，然后在铜表面聚集。
这种机制之所以受到青睐，是因为铜不容易溶解碳，迫使碳留在表面形成石墨烯。
石墨烯的生长通常是一个二维过程，碳种会添加到生长中的石墨烯岛的边缘，最终凝聚成一个连续的单层。
一旦形成完整的石墨烯层，表面的活性就会降低，从而抑制其他石墨烯层的进一步生长。
2.镍上的分离和沉淀
相比之下，由于镍具有溶解碳的能力，因此其生长机制更为复杂。
在高温合成过程中，碳原子扩散到镍基体中。
当系统冷却时，这些碳原子分离并从镍中析出，在表面形成石墨烯层。
这一过程受冷却速度和镍中初始碳浓度的影响，会影响所生成石墨烯层的数量和质量。
3.合成条件的影响
石墨烯的成核和生长在很大程度上取决于各种合成条件。
这些条件包括温度、压力、前驱体通量和成分以及催化剂的特性。
催化剂的特性，如结晶度、成分、晶面和表面粗糙度，可显著影响石墨烯晶体的形状、取向、结晶度、成核密度、缺陷密度和演化。
4.研究与开发
对石墨烯生长机制的研究非常广泛。
研究的重点是优化单层石墨烯的生产条件。
目前已开发出蒸汽捕集等技术来合成大晶粒单晶石墨烯。
这表明了生长过程中局部环境条件的重要性。
此外，还利用 COMSOL Multiphysics 等建模和模拟工具更好地了解和预测不同条件下的生长机制。
5.对应用的重要性
了解石墨烯的生长机制对于控制高质量石墨烯的生产至关重要。
这对于石墨烯在电子、复合材料和储能等多个领域的应用至关重要。
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