Rad znanstvenika IRB-a objavljen u ACS NANO
U suradnji s kolegama u Zavodu za anorgansku kemiju na Fritz-Haber institutu, znanstvenik Laboratorija za molekulsku fiziku dr. Milivoj Plodinec objavio je rad pod nazivom: "Direct Observation of Graphene Growth and Associated Copper Substrate Dynamics by in Situ Scanning Electron Microscopy" u jednom od najprestižnijih znanstvenih časopisa u području nanoznanosti i nanotehnolgija ACS NANO (IF 12.033).
Navedeni časopis objavljuje najznačajnija otkrića u području nanoznanosti i nanotehnologija, koja povezuju kemiju, biologiju, znanost o materijalima, fiziku, te inženjerstvo.
Grafen je čisti ugljik koji se javlja u obliku tankih listova debljine jednog atoma. Gotovo je posve proziran i lagan, a odlikuje se s izuzetnom čvrstoćom (oko 200 puta je jači od čelika) ali i elastičnosti (rastezljiv je i do 20%) te dobro provodi struju.
Zbog navedenih svojstava grafen je trenutačno jedan od najviše istraživanih materijala u svijetu. Napredak tehnologije baziranoj na grafenu ovisi o sposobnosti da se proizvede grafen visoke kvalitete na industrijskoj skali. Od svih mogućih poznatih načina pripreme grafena, proces kemijske depozicije iz plinske faze (CVD) na polikristalnoj bakrenoj foliji pokazao se cjenovno najprihvatljivijim, a omogućuje mogućnost kontrole rasta od jednog do nekoliko slojeva grafena na površini folije.
Do sada, razne varijacije i poboljšanja uvjeta rasta grafena dovela su do dobivanja različitih morfologija grafenskih domena i uspješnog rasta monokristalnog grafena dimenzija od nekoliko milimetara. Dosadašnja optimizacija procesa rasta grafena koja se zasnivala na povratnoj informaciji dobivenoj karakterizacijom materijala nakon završenog procesa sinteza, još uvijek predstavlja ''state of the art'' proces i ne omogućava masovnu proizvodnju visoko kvalitetnog grafena velikih dimenzija.
Potencijal
U radu je pokazan jedinstveni potencijal in situ tehnike koja omogućuje istovremeno i izravno promatranje aktivnog katalizatora i formiranja grafena.
Međutim, modeli rasta koji se oslanjaju na ex-situ karakterizaciju materijala nisu u mogućnosti pružiti cjelovitu sliku o dinamici procesa koji se odvija tijekom CVD sinteze. Kao posljedica toga, razumijevanje rasta grafena tijekom CVD procesa na bakru je i dalje ograničeno.
U radu je pokazan jedinstveni potencijal in situ tehnike koja omogućuje istovremeno i izravno promatranje aktivnog katalizatora i formiranja grafena. Rad naglašava važnost in situ eksperimenata za bolje razumijevanje rasta grafena na bakru pomoću metalnog katalizatora pri kemijskoj depoziciji iz plinske faze (CVD).
Rast grafena pri niskom tlaku unutar komore modificiranog nisko-vakuumskog pretražnog elektronskog mikroskopa (ESEM) pri odgovarajućim uvjetima CVD sinteze, omogućuje vizualizaciju u realnom vremenu i opažanje strukturne dinamike aktivnog katalizatora, ujedno prateći nukleaciju i rast grafena na samoj površini katalizatora.
Na taj način je na nanoskali omogućeno praćenje cjelovitog CVD procesa, od žarenja supstrata, preko nukleacije i rasta grafena, te konačno do hlađenja podloge u realnom vremenu, bez potrebe za prijenosom uzorka na drugu podlogu.
U radu je pokazana jaka ovisnost površinske dinamike sublimacije i taljenja površine, o orijentaciji zrna podloge te utjecaj dinamike podloge na nukleaciju i rast grafena. Spoznaje o mehanizmu rasta grafena su pokazani istovremenim promatranjem širenja grafena i stupnja nukleacije.
Nadalje, istraživana je uloga kisika u tragovima na rast grafena u odnosu na rekonstrukciju površine tijekom hlađenja izazvane grafenom. Prije svega, ovaj rad pokazuje potencijal in situ tehnike za ispitivanje površinskih dinamike aktivnih metalnih katalizatora i predstavlja značajan doprinos razumijevanju procesa rasta grafena.