銅箔是用于合成大面積，高質量單層石墨烯的最有前途的催化劑。實驗發現，Cu襯底在石墨烯生長溫度下呈半熔融狀態。在本研究中，我們基于自主研發的C-Cu經驗勢與密度泛函理論(DFT)方法，對納米石墨烯進行了系統的分子動力學模擬，以探索石墨烯納米結構(即碳納米團簇和石墨烯納米帶)在半熔融Cu基體上的穩定性。在經典的MD模擬中觀察到的許多原子細節與在DFT-MD模擬中觀察到的一致，這證實了C-Cu勢的高精度。根據石墨烯島的大小，可以觀察到兩種不同的下陷模式:(i)石墨烯島下沉到金屬基底的第一層，(ii)石墨烯島周圍有許多金屬原子。進一步研究發現，石墨烯的下沉導致了石墨烯島的單向排列和無縫拼接，這解釋了大型單晶石墨烯在Cu箔上的生長。這項研究加深了我們對石墨在半熔融Cu襯底上的CVD生長物理認識，并充分解釋了多個實驗謎團，并為大面積單晶單層石墨烯的受控合成提供了理論參考。
Fig. 1 在不同溫度下，C
24在Cu (111)表面的沉降。
Fig. 2 C
24在Cu (111)表面下沉的細節。
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Fig. 3 在Cu (111)表面上的C
54。
Fig. 4 MD期間C
24的旋轉角度分布。
Fig. 5 在不同溫度下，半熔融Cu基板上的石墨烯納米帶(GNR)。
Fig. 6 1350K石墨烯納米帶的拼接工藝。
相關研究成果于2020年由江蘇大學Guanjun Qiao課題組，發表在npj Computational Materials (https://doi.org/10.1038/s41524-020-0281-1)上。原文：Molecular dynamics simulation of graphene sinking during chemical vapor deposition growth on semi-molten Cu substrate
