石墨烯以及六方氮化硼在金属表面生长的微观机制研究:基于原子尺度的从成核到生长的动力学模拟
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11404144
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A2011.表面界面与低维物理
- 结题年份:2017
- 批准年份:2014
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2015-01-01 至2017-12-31
- 项目参与者:李浩华; 邵桢威; 徐锐; 张超;
- 关键词:
项目摘要
The graphene and the hexagonal boron nitride (h-BN, also called “white graphene”) films are both two-dimensional materials with the iso-structure of the hexagonal honeycomb lattice atomic layers. Due to their increasing complementarity in the application of the electronic devices, the mass production of these two films with high-quality is highly desired. Catalyzed by the transitional metal surfaces, the chemical vapor deposition (CVD) method, a promising method for the mass production of the high-quality films, still faces many challenges, especially in the control of the film quality, morphology and layers. Many problems during the films’ formation, including the small domain size, grain boundaries, defects, etc., severely prohibit these two films from real application. In this project, we propose to study the kinetic formation mechanism of the graphene and h-BN during the CVD growth via the hybrid of molecular dynamics simulation and the Monte Carlo method. The influence of the morphology of the metal surface (e.g., the metal steps, grain boundaries, defects, solid and liquid surfaces, etc.) to the growth of graphene and the h-BN will be investigated specifically. To enlarge the domain size by reducing or removing the the grain boundaries, the formation and motion mechanisms of the grain boundary will be explored. In addition, the kinetic process of the bilayer graphene formed on the metal surface will also be addressed. As for the method, we aim to build new empirical potentials and the corresponding code for the molecular dynamics simulation, which can pave the way not only for the isolated simulation of the graphene and the h-BN CVD growth but also for the simulation of the in-plane hybrid growth of graphene/h-BN heterostructure for the future study.
石墨烯和六方氮化硼(又称"白石墨烯" )薄膜是具有相似六边形蜂巢状结构的二维晶体。随着两者在未来电子器件应用方面的互补性越来越高,规模化制备这两种高质量的薄膜材料显得越发迫切。目前采用的过渡金属表面催化的化学气相沉积法虽然是实现该目标的主要方法,但在实际制备中仍然面临很多问题: 例如制备的薄膜单晶尺寸偏小,缺陷较多,对形貌以及层数的精确控制困难。这些问题严重影响了这两种材料今后的实际应用前景。本项目将结合分子动力学模拟和动力学蒙特卡罗方法从原子尺度对石墨烯以及六方氮化硼在过渡金属表面从成核到生长的连续微观动态过程进行模拟,以期能够获得这两种二维晶体在金属表面生长过程中诸多问题的的关键机制,为实验上实现规模化制备这两种高质量的二维晶体提供更加准确的理论指导。同时,本项目致力于自行开发超越前人工作的经验势和分子动力学程序,为理论模拟这两种二维晶体的其它生长方式(如同层混合生长)打下基础。
结项摘要
从原子尺度深入理解石墨烯及类石墨烯材料(如六方氮化硼)的CVD生长机制是实现其规模化可控制备的关键。为此,本项目结合分子动力学、蒙特卡罗方法、第一型原理计算等多尺度模拟计算,主要进行了以下研究:1)势函数构建及分子动力学程序开发;2)石墨烯CVD生长分子动力学模拟;3)石墨烯生长过程中金属表面结构的变化;4)石墨烯及相关材料缺陷结构形成与演化研究;5) h-BN在金属Cu 表面的成核机制研究。通过以上的研究,我们 a) 获得新一代碳与金属(Ni, Cu)作用经验势函数并成功开发了能够进行大尺寸 (> 300 碳原子)长时间尺度 (> 10 纳秒) 模拟的石墨烯CVD生长分子动力学程序;b) 揭示了石墨烯在Ni、Cu两种金属表面从成核到生长微观动力学机制;c) 发现了生长过程中石墨烯与金属衬底表面互为影响的结构关系; d) 提出了石墨烯及相关材料缺陷形成与演化的物理机制;e)得到了六方氮化硼(h-BN)在金属Cu表面生长过程中,尤其是成核过程中一些关键的构型及能量数据。上述结果为实验上实现这类材料的规模化可控制备提供了有价值的理论参考。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Isomerization of sp(2)-hybridized carbon nanomaterials: structural transformation and topological defects of fullerene, carbon nanotube, and graphene
sp(2)杂化碳纳米材料的异构化:富勒烯、碳纳米管和石墨烯的结构转变和拓扑缺陷
- DOI:10.1002/wcms.1283
- 发表时间:2017
- 期刊:WILEY INTERDISCIPLINARY REVIEWS-COMPUTATIONAL MOLECULAR SCIENCE
- 影响因子:11.4
- 作者:Xu Ziwei;Liang Zilin;Ding Feng
- 通讯作者:Ding Feng
Coalescence of the Fullerenes in SWNT with Bend Junction
SWNT 中富勒烯与弯曲连接的聚结
- DOI:10.4028/www.scientific.net/kem.697.789
- 发表时间:2016-07
- 期刊:Key Engineering Materials
- 影响因子:--
- 作者:Kai Zhang;Ziwei Xu;Feng Ding;Guiwu Liu;Guanjun Qiao
- 通讯作者:Guanjun Qiao
The favourable large misorientation angle grain boundaries in graphene
石墨烯中有利的大取向差角晶界
- DOI:10.1039/c5nr04960a
- 发表时间:2015-01-01
- 期刊:NANOSCALE
- 影响因子:6.7
- 作者:Zhang, Xiuyun;Xu, Ziwei;Ding, Feng
- 通讯作者:Ding, Feng
Chemical vapor deposition synthesis of near-zigzag single-walled carbon nanotubes with stable tube-catalyst interface.
化学气相沉积合成具有稳定管-催化剂界面的近锯齿形单壁碳纳米管
- DOI:10.1126/sciadv.1501729
- 发表时间:2016-05
- 期刊:Science advances
- 影响因子:13.6
- 作者:Zhao Q;Xu Z;Hu Y;Ding F;Zhang J
- 通讯作者:Zhang J
Large scale atomistic simulation of single-layer graphene growth on Ni(111) surface: molecular dynamics simulation based on a new generation of carbon-metal potential
Ni(111)表面单层石墨烯生长的大规模原子模拟:基于新一代碳-金属势的分子动力学模拟
- DOI:10.1039/c5nr06016h
- 发表时间:2016
- 期刊:NANOSCALE
- 影响因子:6.7
- 作者:Xu Ziwei;Yan Tianying;Liu Guiwu;Qiao Guanjun;Ding Feng
- 通讯作者:Ding Feng
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其他文献
电化学析氢反应中单层MoSe_2氢吸附机理第一性原理研究
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:物理学报
- 影响因子:--
- 作者:徐紫巍;石常帅;赵光辉;王明渊;刘桂武;乔冠军
- 通讯作者:乔冠军
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