盡管二維(2D)材料中的晶界（GBs）已被廣泛觀察和表征，但其形成機制仍未得到解釋。這里報道了一個通用模型來闡明2D材料生長過程中GBs的形成機理。基于該模型，提出了一種在液體基底上合成孿晶2D材料的通用方法。以液態銅表面上生長石墨烯為例，成功地證明了孿晶石墨烯的生長，其中所有的GBs都是超長的直孿晶邊界。此外，在石墨烯中還發現了明確的孿晶邊界，由于氫原子在高能孿晶上的優先吸附，石墨烯可以被氫氣選擇性蝕刻。該研究工作揭示了2D材料生長過程中GBs的形成機理，為生長具有可控GBs的各種2D納米結構鋪平了道路。
Figure 1. 2D材料生長過程中GB形成示意圖。a）相同生長速率的兩個錯位2D島的接合。b）不同生長速率的兩個2D島的接合。c）不斷變化生長速率的兩個2D島的接合。d)在多晶襯底上形成傾斜的GBs。
Figure 2. 液態銅表面生長石墨烯島中晶界的表征。a)石墨烯島的SEM圖像。b)具有超長直晶界的多晶石墨烯島。c)液晶(5CB)涂覆的石墨烯島的偏振光學圖像。D)多晶石墨烯島的Raman D帶(1325–1375 cm–1)峰強圖。e)石墨烯中晶界的高分辨率TEM圖像。f) HRTEM圖顯示了雙邊晶界的原子結構。
Figure 3．液態銅表面生長的多晶石墨烯島刻蝕孔洞的表征與分析。a)蝕刻石墨烯的SEM圖像。b)Raman D帶(1325–1375 cm–1)強度圖。c)石墨烯GBs在蝕刻過程中的演變示意圖。d)蝕刻孔角度θ的統計分析。e)蝕刻孔內角的詳細分析。f) 圖(c)中標記的角γ分布情況。
Figure 4．示意圖顯示了在a)θ = 17.9°和b) θ = 46.8°時，在石墨烯晶界處形成蝕刻孔的動力學Wulff結構。
該研究工作由韓國基礎科學研究院多維碳材料中心Feng Ding課題組于2021年發表在Small期刊上。原文：Growth and Selective Etching of Twinned Graphene on Liquid Copper Surface。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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