Research Abstract
グラフェンの銅アシスト成長をナノスケールで可視化する
Visualizing copper assisted graphene growth in nanoscale
2014年12月19日 Scientific Reports 4 : 7563 doi: 10.1038/srep07563
化学気相成長法（CVD）で遷移金属（TM）上に高品質の大面積グラフェンを制御して合成することは、実用的なデバイス応用に最も魅力的なアプローチである。正確な層数、結晶サイズ、構造を持つグラフェンを得るためには、炭素原子とTMとの相互作用が極めて重要になる。今回我々は、グラフェンの銅アシスト成長を実現する固相反応プロセスを、その場透過電子顕微鏡（TEM）を用いてナノスケールで明らかにしている。2プローブシステムにおいて電位をかけると、銅（Cu）で被覆したアモルファスカーボンナノファイバー（CNF）の著しい構造変換が観察された。電位をかけると、ジュール加熱と大きな熱勾配に起因して、被覆Cu粒子が再結晶化し、カソードに向かって凝集する。その結果、アモルファスカーボンが結晶化し始めるとともにsp2混成炭素を形成し始め、Cu表面の先端からグラフェンシートを形成する。印加電位を高くしていくと、グラフェンナノリボンの構造変形と破断が観察された。これは、飽和電流と誘起ジュール加熱が原因と考えられる。その場TEMプロセスによってナノスケールで観察されたグラフェン形成は、炭素原子とCuとの相互作用を理解する上で重要な意味を持つ可能性がある。
Mohamad Saufi Rosmi, Mohd Zamri Yusop, Golap Kalita, Yazid Yaakob, Chisato Takahashi & Masaki Tanemura
Corresponding Author
Control synthesis of high quality large-area graphene on transition metals (TMs) by chemical vapor deposition (CVD) is the most fascinating approach for practical device applications. Interaction of carbon atoms and TMs is quite critical to obtain graphene with precise layer number, crystal size and structure. Here, we reveal a solid phase reaction process to achieve Cu assisted graphene growth in nanoscale by in-situ transmission electron microscope (TEM). Significant structural transformation of amorphous carbon nanofiber (CNF) coated with Cu is observed with an applied potential in a two probe system. The coated Cu particle recrystallize and agglomerate toward the cathode with applied potential due to joule heating and large thermal gradient. Consequently, the amorphous carbon start crystallizing and forming sp2 hybridized carbon to form graphene sheet from the tip of Cu surface. We observed structural deformation and breaking of the graphene nanoribbon with a higher applied potential, attributing to saturated current flow and induced Joule heating. The observed graphene formation in nanoscale by the in-situ TEM process can be significant to understand carbon atoms and Cu interaction.
