Le mécanisme de croissance du graphène est principalement influencé par le type de catalyseur métallique utilisé, le cuivre (Cu) et le nickel (Ni) étant les plus courants. Le Cu, avec sa faible solubilité dans le carbone, facilite un mécanisme de croissance en surface où le graphène se forme à haute température sur la surface du Cu par décomposition des hydrocarbures. À l'inverse, le Ni, en raison de sa forte solubilité dans le carbone, permet un mécanisme impliquant la ségrégation et la précipitation de la surface. Dans ce cas, le carbone se diffuse dans le Ni en vrac à des températures élevées et se ségrège lors du refroidissement, ce qui entraîne la formation de feuilles de graphène à la surface du métal.
Croissance de surface sur Cu :
La croissance du graphène sur le Cu implique un processus où les hydrocarbures se décomposent à haute température, libérant des atomes de carbone qui s'assemblent ensuite sur la surface du Cu. Ce mécanisme est favorisé par le fait que le Cu ne dissout pas facilement le carbone, ce qui oblige le carbone à rester à la surface et à former du graphène. La croissance est typiquement un processus bidimensionnel, où les espèces de carbone s'ajoutent aux bords des îlots de graphène en croissance, pour finalement se regrouper en une monocouche continue. Une fois qu'une couche complète est formée, la surface devient moins réactive, ce qui empêche la croissance de couches supplémentaires.Ségrégation et précipitation sur Ni :
En revanche, le mécanisme de croissance sur le Ni est plus complexe en raison de sa capacité à dissoudre le carbone. Au cours de la synthèse à haute température, les atomes de carbone se diffusent dans la masse de Ni. Lorsque le système refroidit, ces atomes de carbone se séparent et précipitent hors du Ni, formant des couches de graphène à la surface. Ce processus est influencé par la vitesse de refroidissement et la concentration initiale de carbone dans le Ni, ce qui peut affecter le nombre et la qualité des couches de graphène produites.
Influence des conditions de synthèse :
La nucléation et la croissance du graphène dépendent fortement de diverses conditions de synthèse telles que la température, la pression, le flux et la composition du précurseur et les propriétés du catalyseur, notamment sa cristallinité, sa composition, sa facette cristalline et la rugosité de sa surface. Ces facteurs peuvent influencer de manière significative la forme, l'orientation, la cristallinité, la densité de nucléation, la densité de défauts et l'évolution des cristaux de graphène.
Recherche et développement :
