グラフェンの化学気相成長過程における核形成機構と成長端での原子取込み機構の解明

阐明石墨烯化学气相生长过程中生长边缘的成核机制和原子吸收机制

基本信息

批准号：
13J10382
负责人：
寺澤知潮
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

グラフェンの画期的な物性を産業的に応用するためには，大面積かつ単層の試料を再現性良く得ることが重要である．銅基板上での化学気相成長法はこのようなグラフェンの作製において有利と考えられている．本年度は前年度に引き続きグラフェンの化学気相成長法のその場観察の研究を行い，本研究の目的であるグラフェン化学気相成長法の機構の解明に寄与する結果を得た．また，産業応用に向けて成長条件の最適化の指針を提案した．以下に研究成果の内容について具体的に示す．本研究ではグラフェンの化学気相成長法の機構解明のために光学顕微鏡を用いた新たなその場観察の手法開発を試みてきた．グラフェンの成長時にグラフェンと銅基板の黒体輻射の強度差に注目するとグラフェン成長のその場観察が可能であることはすでに昨年度に報告した．同時に原料気体であるメタンの流量や基板の温度がグラフェン成長に大きな影響を与えることをその場観察によっても明らかにしてきた．本年度は近年注目されている成長条件である系中に残留している酸素濃度に着目して研究を行った．その結果，系中の酸素濃度が高いほどグラフェンの核発生や成長速度が遅くなる一方で，グラフェンが除去される速度は高くなることが明らかになった．以上の結果を総括し，メタンからのグラフェン成長前駆体の生成と残留酸素による前駆体の消費の競合によってグラフェンの成長様式が決定されるという機構を考察した．さらに考察を進め，グラフェンの化学気相成長法における成長条件としては系中に不純物として存在する酸素の量を確定させた後に最後にメタン流量を決定するべきであるという指針を提案した．以上の内容は応用物理学会において講演奨励賞を受賞するとともに，Nature Communications誌およびApplied Physics Express誌に掲載された．

为了在工业上应用石墨烯的开创性特性，要及时获得大面积和单层样品很重要。铜底板上的化学相生长法被认为在产生这种石墨烯中是有利的。在这个财政年度，我们在上一个会计年度之后对格式化学期生长法的观察进行了研究，并有助于阐明石墨烯化学生长法的机制，这是这项研究的目的。此外，我们提出了针对工业应用优化增长条件的指南。研究结果的内容如下所示。在这项研究中，我们试图使用光学显微镜开发一种新的观察方法，以阐明石墨化学期生长法的机制。在石墨烯生长过程中，重点关注石墨烯与铜底板之间的黑体辐射之间的强度差，去年已经报道了可以观察石墨烯的生长。同时，也已经澄清了观察结果，即原材料的甲烷流速，并且底物的温度对石墨烯的生长具有显着影响。今年，我们进行了研究，重点是系统中剩余的氧气浓度，近年来一直引起人们的注意。结果，发现系统中的氧气浓度越高，去除石墨烯时的核发生速度和生长速度越高。总结了上述结果，并认为该机制是石墨烯的生长样式取决于由于甲烷的残留氧而消耗前体的消耗。此外，我们提出了一个指南，即应在石墨烯的化学幽灵生长法案的石墨烯生长条件结束时确定存在为杂质的氧气量。上述内容授予了应用物理社会的演讲鼓励奖，并在自然传播和应用物理Express上发表。