Evolution of graphene growth on Cu and Ni studied by carbon isotope labeling
大面积石墨烯是一种新材料，其特性使其成为先进的电子设备的理想材料1。最近，石墨烯和使用碳氢化合物在金属基底（如Ni和Cu）上的少层石墨烯的化学气相沉积（CVD）已被证明是一种有前途的技术2 -5。在最近的出版物中已经提出，Ni上的石墨烯生长通过C偏析2或沉淀3发生，而Cu上的石墨烯生长通过表面吸附5发生。在这封信中，我们使用了碳同位素标记技术来阐明生长动力学，并明确地表明，石墨烯生长在铜是通过表面吸附，而在镍是通过偏析沉淀。需要理解石墨烯生长的演变以及因此生长机制以获得均匀的石墨烯膜。这封信中给出的结果清楚地表明，表面吸附优于沉淀来生长石墨烯，因为它是一个自限制过程，因此是可制造的。
2009-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Application-Driven Synthesis and Characterization of Hexagonal Boron Nitride on Metal and Carbon Nanotube Substrates
在二维材料中，h-BN是独一无二的，具有大的带隙（~6 eV）和高的热导率（>400 W/m/K），在电绝缘体中仅次于金刚石。迄今为止，大多数电子研究都依赖于从大块晶体剥离的h-BN;然而，对于可扩展的应用，该材料必须通过化学气相沉积（CVD）等方法合成。在这里，我们展示了单晶铂和碳纳米管（CNT）衬底上通过CVD合成的单层和少层h-BN，还比较了这些薄膜与沉积在更常用的多晶Pt和Cu生长衬底上的h-BN。在单晶Pt上生长的h-BN膜具有较低的表面粗糙度，并且比来自多晶Pt箔的膜在空间上更均匀，并且我们的电化学转移工艺允许这些昂贵的箔被重复使用而没有可测量的退化。此外，我们证明单层h-BN作为一种保护层，3.33 $\unicode{x212B}$屏障保护二硫化钼在高温下免受损害，并讨论了其他应用程序，利用保形h-BN沉积在各种基板上，在这项工作中展示。
2020-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polycrystalline graphene and other two-dimensional materials
石墨烯是一种石墨碳的单原子层，由于其非凡的特性而引起了人们的强烈关注，这些特性使其成为广泛技术应用的合适材料。工业应用所需的大面积石墨烯膜通常是多晶的，即由通过晶界连接的不同取向的单晶晶粒组成。在这里，我们提出了一个审查的研究报告在过去几年中的多晶石墨烯的大机构。我们讨论了它的生长和形成，晶界的微观结构及其与其他类型的拓扑缺陷，如位错的关系。综述还包括与晶界表征有关的电子输运、光学和机械性质以及多晶石墨烯的应用。我们还讨论了研究，仍处于起步阶段，对其他二维材料，如过渡金属dichalcogenides，并提供未来的研究方向的前景。
2015-02-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport in polycrystalline graphene
大部分可用的宏观量的材料都是多晶的。石墨烯是最近发现的一种二维碳，具有在未来电子产品中取代硅的强大潜力，也不例外。越来越多的证据表明，使用各种技术获得的石墨烯样品具有多晶性质。晶界是多晶材料的固有拓扑缺陷，有望极大地改变石墨烯中的电子输运。在这里，我们发展了一个理论的载流子传输通过晶界组成的周期性阵列的位错在石墨烯的基础上的动量守恒原理。根据晶界结构，我们发现两种不同的传输行为-高透明度，或完美的反射载流子在非常大的能量范围。第一性原理量子输运计算被用来验证和进一步研究这种惊人的行为。我们的研究揭示了大面积石墨烯样品的输运性质。此外，具有可调传输间隙的周期性晶界的有目的的工程设计将允许控制电荷电流，而不需要在其他半金属石墨烯中引入体带隙。所提出的方法可以被视为构建实用石墨烯电子器件的一种手段。
2010-07-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discontinuous evolution of the structure of stretching polycrystalline graphene
多晶石墨烯具有固有的弯曲倾向，即形成平面外的三维结构。施加以拉伸多晶石墨烯片的力影响面外结构。即使石墨烯很好地松弛，这种情况也会以非线性方式发生：偶尔，拉伸力的微小增加会引起显著的位移，与雪崩非常相似，这反过来又会在周围介质中产生振动。我们在计算机模拟中建立了这种效应：通过不断改变应变，我们跟踪碳原子的位移，结果显示出不连续的演变。此外，位移表现出滞后的行为时，从低到高应力和背部的变化。这些行为为研究多晶准二维系统的动态弹性开辟了新的方向，特别是对其力学和热性能的影响。
2019-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Chemical vapor deposition of carbon nanotubes on monolayer graphene substrates: reduced etching via suppressed catalytic hydrogenation using C2H4
在大多数设想的应用中，充分利用石墨烯-碳纳米管（CNT）结构需要在CNT生长步骤期间保持石墨烯层的完整性。在这项工作中，我们展示了一种控制CNT在石墨烯衬底上生长的方法，其中源烃分解和碳饱和到催化剂纳米颗粒中并从催化剂纳米颗粒沉淀之间的反应平衡向CNT生长而不是石墨烯消耗转移。通过利用C2 H4原料，我们证明了这种气体允许的低温生长抑制了不期望的催化氢化，并显著减少了石墨烯层的蚀刻，以显示具有连续的、未损坏的结构的石墨烯-CNT混合物。
2013-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Opportunities and challenges in the use of heavily doped polycrystalline silicon as a thermoelectric material. An experimental study
只有当多晶而不是单晶材料可以实际使用时，才可以预见硅基塞贝克发电机的大批量部署。因此，本研究的目的是验证是否多晶硅薄膜沉积在顶部的SiO $_2$绝缘层可以开发有趣的热电功率因子。我们制备了450 nm厚的重掺硼多晶硅层，将膜中的初始硼含量设置为超过1000 ° C下多晶硅中的硼溶解度。然后使用等时热退火以通过沉淀改变B $_{Si}$含量。非常出乎意料地，对于在高于800 ° C的温度下的热处理，观察到热电功率和电导率的同时增加。在1000 ° C下退火后，我们发现功率因数$P$为13 mW K $^{-2}$ m $^{-1}$，比先前报道的Si纳米线的$P$高三倍以上。这些发现可以被解释为观察到简并多晶硅显示出其塞贝克系数的显著增强，作为其可以溶解的大量硼的效果。带隙变窄和带尾改变了费米能附近的态密度，导致Mott方程中其对数导数的显著改善。这些结果显然为低成本和相对高效率的Seebeck和Peltier器件的发展指出了一个有趣的方向。
2010-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Operando atomic-scale study of graphene CVD growth at steps of polycrystalline nickel
采用变温扫描隧道显微镜结合密度泛函理论模拟方法，研究了石墨烯在多晶镍（Ni）表面（100）晶粒上的生长.提供了在衬底的阶梯区域处统治石墨烯膨胀过程的原子机制的清楚描述，示出了根据要跨越的台阶的高度，可以遵循不同的路线。当生长的石墨烯薄片达到单原子台阶时，它与下面的Ni层共同延伸;对于较高的Ni边缘，涉及台阶缩回和石墨烯着陆的不同过程变得活跃。在步骤束，后一种机制导致一个特殊的“阶梯形成”的行为，其中相等宽度的梯田下形成过度生长的石墨烯，由C-Ni键形成和应力积累之间的能量成本的平衡在碳层驱动。我们的研究结果代表了在寻找优化多晶金属表面化学气相沉积石墨烯生产的新策略和方法方面朝着弥合材料差距迈出的一步。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Carbon Content on the Crystallographic Structure of Boron Carbide Films
采用激光辅助化学气相沉积（LCVD）法，以硼氢化物和甲烷为前驱物，在CO2激光束的作用下制备了碳化硼薄膜。硼和碳的含量通过电子探针显微分析（EPMA）测定。显微结构分析进行了拉曼显微光谱和掠入射X射线衍射（GIXRD）被用来研究的晶体结构，并确定多晶薄膜的晶格参数。的菱形六方碳化硼晶格常数绘制为碳含量的函数，和非线性观察到的行为解释的基础上的复杂结构的碳化硼。关键词：碳化硼;激光化学气相沉积;晶体结构;显微拉曼光谱。
2002-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsically ultrastrong plasmon-exciton interactions in crystallized films of carbon nanotubes
在腔量子电动力学中，与腔强耦合的光发射体产生具有发射体和腔激发特性的极化激元。我们表明，碳纳米管可以结晶成芯片级，二维有序的薄膜，这种新材料使内在的超强发射极腔相互作用：而不是与外部腔相互作用，纳米管激子耦合到近红外等离子体共振的纳米管本身。我们的多晶纳米管薄膜具有六方晶体结构，约25 nm的域，和1.74 nm的晶格常数。由于这种极高的纳米管密度和接近理想的等离子体激子空间重叠，等离子体激子耦合强度达到0.5 eV，这是裸激子能量的75%，接近室温超强耦合的记录。结晶纳米管薄膜代表了纳米材料组装的一个里程碑，并为高载流量导体，低功率光开关和可调谐光学天线提供了令人信服的基础。
2018-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Model of Controlled Synthesis of Uniform Colloid Particles: Cadmium Sulfide
利用和改进了最近发展的单分散多晶胶体颗粒合成的两阶段生长模型来解释均匀硫化镉球的生长。该模型考虑了成核的耦合过程，产生纳米晶前体，和这些亚基的聚集，形成最终的颗粒。已确定的关键参数，控制的CdS球的尺寸选择和均匀性，以及动态的过程。这种方法可以用来一般地描述单分散胶体的形成沉淀从均匀的解决方案。
2003-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Carbon-substituted MgB2 single crystals
用高压技术生长了尺寸为0.3- 1.0mm（x=0.02-0.15）的碳取代MgB_2单晶Mg（B_（1-x）C_x）_2。在x=0.0-0.2的范围内研究的晶格常数的掺杂依赖性示出了在a中的单调减小，而c参数几乎保持不变。利用X射线衍射和俄歇电子能谱，估算出C在MgB 2中的溶解度极限约为15（+/-）1%，这一数值远大于包埋法合成的多晶样品的溶解度极限。磁化强度和电阻率的温度依赖性的测量表明，随着C-取代，Tc急剧下降，随后当x>0.125时，超导性完全被抑制。在平行于和垂直于晶体基面的磁场中的电阻率测量表明，在重掺杂晶体中（x>0.1），几乎是各向同性的状态。
2003-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Nanoscale austenite reversion through partitioning, segregation, and kinetic freezing: Example of a ductile 2 GPa Fe-Cr-C steel
Fe-13.6Cr-0.44C钢回火过程中的奥氏体回复（wt. %）马氏体导致具有优异延展性的高强度铁素体不锈钢。奥氏体逆转机制与马氏体和残余奥氏体之间的界面处的低温分配期间碳的动力学冻结以及马氏体-马氏体晶界处的碳偏析相耦合。奥氏体回复的优点是其可扩展性，即，改变回火时间和温度可调整所需的强度-延展性曲线（例如，在400 ° C下回火1分钟产生2 GPa的极限拉伸强度（UTS）和14%的伸长率，而在400 ° C下回火30分钟产生约1.75 GPa的UTS和23%的伸长率）。通过XRD、EBSD、TEM和原子探针断层扫描（APT）对奥氏体逆转过程、碳化物沉淀和碳偏析进行了表征，以开发控制材料强度和延展性的结构-性能关系。
2012-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Self-Enhancing Halite Growth Creates Secondary Porous Networks During CO2 Storage in Saline Aquifers
University of Oslo（奥斯陆大学）；SINTEF Industry（辛特夫工业研究所）；Universite de Pau et des Pays de l’Adour, E2S UPPA（波城及阿杜尔地区大学）
本研究通过X射线成像揭示CO2封存中石盐自增强生长形成40%孔隙度的多孔网络，解释了渗透率骤降机制，为改进预测模型提供关键参数。
2025-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Lattice Boltzmann simulation of the surface growth effects for the infiltration of molten Si in carbon preforms
将熔融硅渗透到碳预制件中是工业中广泛采用的技术，以提高最终陶瓷产品的热性能和机械性能。对这种现象的正确理解是相当具有挑战性的，因为它源于流体流动之间的相互作用和反应，过渡到润湿，质量传输，沉淀，表面生长以及传热。因此，对此类问题的详尽建模是一项复杂的任务。考虑到表面反应和随后的表面生长，在等温制度下进行二维毛细渗透的格子玻尔兹曼模拟。准确地说，对于一个单一的毛细管在线性Washburn制度，特别注意的是延迟的渗透过程中引起的增厚的表面后面的接触线的入侵前线。有趣的是，事实证明，导致孔隙闭合的表面生长过程在一定程度上取决于渗透速度。我们的结论是，多孔矩阵与直和宽的途径代表浸渍的最佳情况。我们的分析还包括表征渗透过程的半径之间的比较（即，最小、水力、平均和有效半径）。
2013-09-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
New materials for thin-film phase-plates
以前用于透射电子显微镜（TEM）的Zernike相位板一直由碳制成。对这些相位板的关键约束是它们在使用期间的快速退化。在这里，首次生产和测试了由金属组成的Zernike相位板。对于新的铝相板，没有观察到类似于碳相板的充电。在使用条件下，铝相位板的稳定性非常好。对于这两种材料，当在后焦平面处将薄膜插入光束中时，观察到图像的傅里叶变换中的失真。该失真是负的、空间频率相关的相移，其不等于焦点改变。对测试的相位板，观察到相移和对比度的增加。Janbroers等人发明的一种技术可以生产出不同类型的自持金属薄膜。在室温下生产的所有金属薄膜都具有多晶结构，而碳薄膜则是无定形的。然而，高结晶度是不利的，由于衍射，导致图像失真和相位板中电子散射的增加。使用低温沉积，获得了将非晶结构与金属的有益性质（例如较低的充电和延长的耐久性）相结合的金属膜。透射电镜研究表明，这些低温薄膜作为Zernike相位板材料具有很大的潜力。用原子力显微镜成功地测量了薄膜与基底之间台阶边缘的厚度。为此，这里开发了一种用于制备非常窄的台阶边缘的技术。
2017-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of the self-limited growth in catalytic chemical vapor deposition of graphene
鉴于其潜在应用，晶片级连续单晶石墨烯层的开发是关键。为此，在这里，我们铺平了道路的朗缪尔吸附理论和二维结晶的框架中的石墨烯生长模型。具体而言，我们使用甲烷作为碳前体来模拟石墨烯在铜上的成核和生长。该模型导致识别的范围内的生长参数（温度和气体压力），唯一需要最终的表面覆盖的石墨烯。这成为解决多晶石墨烯层的连续性和晶粒尺寸的基本问题的宝贵工具。该模型与文献中现有的实验数据一致。在这里开发的石墨烯生长的“等高线图”和大石墨烯晶粒的优化生长的现有证据的基础上，为工程晶片级连续石墨烯膜提供了新的见解。
2013-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Growth of large area graphene from sputtered films
使用工业规模的薄膜沉积工具大规模生产石墨烯的技术可能是实际实现这种材料的广泛技术应用的关键。在这里，我们展示了在650至1000 oC的温度范围内使用原位或非原位快速热处理从溅射膜（含碳层和金属层）生长大面积多晶石墨烯。发现石墨烯总是生长在堆叠的顶表面上，与Ni或Ni-硅化物紧密接触。在优化的条件下获得了高质量剥离单层石墨烯的典型拉曼光谱。发现快速冷却速率对于单层石墨烯的形成是必不可少的。在SiC顶部具有Ni的样品产生具有~40%表面积覆盖率的最佳单层石墨烯光谱，而在SiC下方具有Ni的样品产生质量较差的石墨烯，但覆盖率为99%。溅射工艺的灵活性允许进一步优化生长，并有可能在真空中将石墨烯转移到任何绝缘体衬底上。我们提出了一种生产绝缘体上石墨烯晶片的潜在途径，这将有助于将石墨烯轻松集成到现代半导体器件工艺流程中。
2013-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Controlled Spherulitic Crystal Growth from Salt Mixtures: A Universal Mechanism for Complex Crystal Self-Assembly
研究了室温下硫酸盐混合物蒸发水溶液中硫酸钠受控球晶生长的条件，发现二价金属离子诱导高粘度溶液中的非经典成核，首次量化了过饱和度与生长动力学，为调节球晶形态提供了实用策略。
2025-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Large area graphene synthesis on catalytic copper foil by an indigenous electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition setup
报道了一种利用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备大面积石墨烯的新方法。设计并开发了一套独特的2.45 GHz永磁体型ECR PECVD系统，用于各种纳米结构和薄膜的生长。该装置具有独特的优点，以在比常规热CVD方法中由外部烘箱供应的热量低得多的附加衬底加热下合成大面积石墨烯。这里的主要热量由ECR等离子体提供。这里使用多晶铜箔作为催化衬底，其在暴露于ECR PECVD反应器内的前体气体等离子体下之前在共振氢等离子体内预退火。甲烷用作碳前体，氢气用作载气。氩气用于衬底的快速冷却，保持有利于石墨烯合成的合适热力学条件。通过控制生长温度、总压和合成时间，在不同的气体配比下进行合成。利用拉曼光谱对暴露的铜箔进行了表征，以研究在自制的反应器中合成的石墨烯的质量。
2019-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Grains and Grain Boundaries in Single-Layer Graphene: An Atomic Patchwork Quilt
多晶材料的性质通常由其晶粒的尺寸和其晶界的原子结构决定。这些效应在2D材料中尤其明显，即使是线缺陷也会分裂和破坏晶体。这些问题在石墨烯中具有实际意义，石墨烯是一种碳原子的六边形二维晶体;现在可以通过化学气相沉积在高达米的尺度上生产单原子厚度的石墨烯片，使其多晶性几乎不可避免。理论上，石墨烯晶界被预测具有明显的电子、磁性、化学和机械性质，这些性质强烈依赖于它们的原子排列。然而，由于晶粒和晶界原子之间的五个数量级的尺寸差异，很少有实验充分探索石墨烯的晶粒结构。在这里，我们使用新旧透射电子显微镜技术的结合来桥接这些长度尺度。使用原子分辨率成像，我们确定的位置和身份的每个原子在晶界上，并发现不同的晶粒缝合在一起，主要是通过五边形-七边形对。然后，我们使用衍射过滤成像快速映射的位置，方向和形状的几百个晶粒和边界，其中只有少数已被报道。由此产生的图像揭示了一个意想不到的小而复杂的拼凑颗粒连接的倾斜边界。通过将晶粒成像与扫描探针测量相关联，我们表明这些晶界显著削弱了石墨烯膜的机械强度，但不会显著改变其电性能。这些技术为石墨烯和其他二维材料的结构，性能和晶粒和晶界控制的研究打开了新的窗口。
2010-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrothermally-Assisted Sintering of Calcium Hydroxide Sputtering Targets: A Route to Quantum-Grade CaO Thin Films
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
通过水热辅助烧结（冷烧结）制备高致密氢氧化钙陶瓷靶材，用于沉积高质量CaO薄膜，实现(002)取向外延生长。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci
