p Pesquisadores do Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul) relataram em Nature Nanotechnology a fabricação e uso de substratos de folha de liga de cobre-níquel de cristal único para o crescimento de grandes áreas, películas de grafeno de monocamada e tricamada de cristal único. p O crescimento de filmes de grafeno de grande área com um número precisamente controlado de camadas e ordens de empilhamento pode abrir novas possibilidades em eletrônica e fotônica, mas continua sendo um desafio. Este estudo mostrou o primeiro exemplo da síntese de folhas de grafeno bicamadas e tricamadas maiores que um centímetro, com camadas empilhadas de uma maneira específica, nomeadamente empilhamento AB e ABA.

p "Este trabalho fornece materiais para a fabricação de dispositivos de grafeno com novas funções que ainda não foram realizadas e podem proporcionar novas propriedades fotônicas e optoeletrônicas e outras, "explica Rodney S. Ruoff, Diretor CMCM, Professor ilustre do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST) e principal autor deste estudo. O co-autor e professor Won Jong Yoo, da Universidade Sungkyunkwan, observa que "isso abre caminho para o estudo de novas propriedades de transporte elétrico do grafeno de duas e três camadas".

p Por exemplo, o mesmo grupo de pesquisa IBS e colaboradores publicaram recentemente outro artigo em Nature Nanotechnology mostrando a conversão de filme de grafeno de bicamada empilhado AB, cultivado em folhas de liga de cobre / níquel (111) (folhas de Cu / Ni (111)), para uma folha semelhante a um diamante, conhecido como diamane. O co-autor Pavel V. Bakharev observa que:"Menos de um ano atrás, produzimos monocamada de diamante fluorado, F-diamane, por fluoração de exatamente os filmes de grafeno de bicamada empilhados AB descritos neste novo artigo. Agora, a possibilidade de produzir grafeno de duas camadas de tamanho maior traz uma excitação renovada e mostra como esse campo está se desenvolvendo rapidamente. "

p A escolha certa do substrato é essencial para o crescimento correto do grafeno. As folhas feitas apenas de cobre limitam o crescimento do grafeno de duas camadas e favorecem o crescimento uniforme da monocamada. É possível obter folhas de grafeno multicamadas em filme de níquel, mas estes não são uniformes, e tendem a ter pequenas "manchas" com espessuras diferentes. Finalmente, as folhas disponíveis comercialmente que contêm níquel e cobre não são ideais. Portanto, Os pesquisadores do IBS prepararam folhas monocristalinas de Cu / Ni (111) de cristal único com as características desejadas, com base em uma técnica relatada pelo grupo em Ciência em 2018. Filmes de níquel são galvanizados em folhas de cobre (111) de modo que o níquel e o cobre se difundam quando aquecidos e geram uma nova folha de cristal único que contém ambos os elementos em proporções ajustáveis. Ruoff sugeriu este método e supervisionou as avaliações de Ming Huang das melhores concentrações de níquel para obter folhas de grafeno uniformes com o número desejado de camadas.

p Os pesquisadores do IBS cultivaram folhas de grafeno de duas e três camadas em folhas de Cu / Ni (111) por deposição química de vapor (CVD). Huang conseguiu filmes de grafeno de duas camadas empilhados AB de vários centímetros quadrados, cobrindo 95 por cento da área do substrato, e grafeno de três camadas empilhado com ABA com mais de 60 por cento de cobertura de área. Isso representa o primeiro crescimento de grafeno tricamada empilhado ABA de alta cobertura em uma grande área e a melhor qualidade obtida para grafeno bicamada ABA empilhado até agora.

p Além de extensas caracterizações espectroscópicas e microscópicas, os pesquisadores também mediram o transporte elétrico (mobilidade da portadora e capacidade de ajuste do intervalo de banda) e a condutividade térmica do grafeno recém-sintetizado. Os filmes de grafeno de duas camadas em escala centimétrica mostraram uma boa condutividade térmica, tão alto quanto ~ 2300 W / mK (comparável com flocos de grafeno esfoliados de duas camadas), e desempenho mecânico (rigidez de 478 gigapascals para o módulo de Young, e 3,31 gigapascals para a resistência à fratura).

p A equipe então investigou o mecanismo de empilhamento de crescimento e descobriu que ele segue a sequência do chamado "bolo de casamento invertido", pois as camadas inferiores são posicionadas após a superior. "Mostramos com três métodos independentes que a segunda camada para o grafeno de duas camadas, e a segunda e a terceira camadas da folha de três camadas crescem abaixo de uma camada superior contínua. Esses métodos podem ser usados ​​para estudar a estrutura e a sequência de empilhamento de outros materiais de filme fino 2-D, "observa Huang.

p Ruoff observa que essas técnicas para sintetizar e testar filmes ultrafinos em grande escala podem estimular o interesse mundial em mais experimentos com folhas de liga de Cu / Ni de cristal único. e até mesmo na exploração da fabricação e uso de outras folhas de liga de cristal único.