MARC

 008260126s2024        us                              c    eng  d
■001000017361043
■00520260202105657
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798265453259
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32409784
■035    ▼a(MiAaPQ)124621
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.11
■1001  ▼aAnanthakrishnan,  Ganesh.
■24510▼aAtomistic  Modeling  of  Graphene-Catalyst  Interface  and  Graphene  Edge  Effects  on  Near  Melting  Temperature  Substrates
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Illinois  at  Urbana-Champaign▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a139  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-06,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Johnson,  Harley  T.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Illinois  at  Urbana-Champaign,  2024.
■520    ▼aThe  integration  of  graphene  into  various  devices  is  hindered  by  the  challenge  of  producing  high-quality,  ultra-flat,  and  defect-free  graphene,  along  with  optimizing  graphene-metal  contacts  for  device  applications.  Chemical  vapor  deposition  (CVD)  has  emerged  as  a  cost-effective  technique  for  producing  high-quality,  large-area  graphene.  However,  CVD-grown  graphene  often  exhibits  faceting  at  the  graphene-catalyst  interface,  which  can  adversely  affect  graphene's  properties.  This  faceting  phenomenon  is  common  on  various  metallic  catalyst  substrates.  In  contrast,  CVD  on  liquid  substrates  offers  advantages  in  terms  of  producing  ultra-flat  and  large-area  graphene  but  poses  distinct  challenges.                        A  modeling  perspective  is  essential  for  engineering  graphene-metal  interfaces  and,  consequently,  improving  the  quality  of  graphene.  However,  first  principles  calculations  are  limited  by  their  inability  to  model  the  large  length  scales  necessary  to  capture  the  critical  features  of  the  graphene-metal  interface,  such  as  faceting  and  the  ordering  of  graphene  flakes  on  liquid  copper.  On  the  other  hand,  Continuum-scale  methods  lack  the  atomic-scale  resolution  required  to  understand  these  phenomena.  Molecular  dynamics  and  statics,  utilizing  empirical  and  semi-empirical  interatomic  potentials,  are  invaluable  for  modeling  length  scales  involving  millions  of  atoms,  allowing  for  the  discovery  of  atomic-scale  phenomena.                        We  discuss  the  need  to  engineer  the  graphene-catalyst  interfaces  and  the  different  features  observed  at  the  interface  in  chapter  1.  We  further  delve  into  the  background  of  the  problems  addressed  in  this  thesis  and  the  need  to  use  molecular  dynamics  and  statics  simulations  to  understand  them.                        Chapter  2  of  this  thesis  focuses  on  the  kinetics  of  a  graphene-covered  copper  surface,  revealing  the  contrast  between  bare  and  graphene-covered  surfaces.  While  high  diffusivity  and  surface  pre-melting  at  elevated  temperatures  result  in  a  flattened  metal  surface,  graphene-covered  surfaces  exhibit  significant  roughness  in  the  form  of  faceted  structures.  Molecular  dynamics  simulations  demonstrate  the  stabilizing  effect  of  graphene  on  the  graphene-covered  metal  surface,  preserving  the  faceted  surface  morphology  observed  in  metal  catalysts  following  CVD  growth  of  graphene.  We  show  that  graphene  suppresses  surface  melting,  maintaining  a  crystalline  metal  surface  even  at  temperatures  slightly  above  the  bulk  copper  melting  point.  Our  analysis  of  mean  squared  displacements  of  atoms  on  copper  surfaces  with  different  facet  orientations  and  graphene  coverage  reveals  an  anisotropic  and  surface  specific  surface  diffusivity  suppression  effect  of  graphene.  These  findings  align  with  experimental  observations  and  underscore  the  thermomechanical  surface-stabilizing  role  of  graphene.                        In  Chapter  3,  we  investigate  the  growth  of  graphene  on  liquid  copper,  uncovering  a  self-assembly  and  ordering  process  driven  by  long-range  attractive  capillary  forces  and  short-range  repulsive  forces.  Marangoni  flows,  resulting  from  surface  tension  gradients  at  the  edges  of  graphene  flakes  in  liquid  copper,  are  identified  as  crucial  factors  that  influence  self-alignment  behavior.  This  research  deepens  our  understanding  of  the  fundamental  physics  governing  graphene  growth  on  liquid  copper,  offering  insights  into  controlled  growth  of  2D  materials  on  diverse  substrates.                        Chapter  4  delves  into  the  thermodynamics  of  the  graphene-metal  interface,  revealing  the  intricate  interplay  of  thermal  mismatch  strain,  interfacial  energy,  bending  strain  within  graphene,  and  substrate-induced  strains.  Our  analysis  incorporates  a  newly  developed  technique  for  characterizing  surface  facets,  which  highlights  specific  orientations  observed  throughout  the  faceted  interface.  We  analyze  surface  facet  orientations  in  relation  to  interfacial  energy  and  shear  stresses,  providing  insights  into  the  factors  governing  the  observed  orientations  in  experiments,  especially  for  vicinal  copper  surfaces.                        Chapter  5  explores  micromechanics  models  to  understand  stress  distributions  around  steps  and  their  influence  on  faceting  at  the  interface.  While  these  models  have  been  useful  for  understanding  faceting  of  stressed  metallic  surfaces,  our  analysis  shows  that  graphene-covered  surfaces  do  not  induce  similar  stress  fields.  Therefore,  we  cannot  predict  the  wavelengths  of  faceting  using  this  approach.  Alternative  mechanisms  defining  faceting  wavelengths  in  the  graphene-metal  interface  are  discussed,  extending  our  understanding  of  2D  material-substrate  interfaces  and  their  distinct  behavior  compared  to  stressed  thin  films.                        The  thesis  concludes  in  Chapter  6,  highlighting  future  research  directions  and  potential  outlooks.
■590    ▼aSchool  code:  0090.
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aApplied  physics
■650  4▼aPhysical  chemistry
■650  4▼aNanotechnology
■653    ▼aGraphene
■653    ▼aInterface
■653    ▼aChemical  vapor  deposition
■653    ▼aAtomistics
■653    ▼aMolecular  dynamics
■653    ▼aGreen's  functions
■690    ▼a0794
■690    ▼a0652
■690    ▼a0215
■690    ▼a0494
■71020▼aUniversity  of  Illinois  at  Urbana-Champaign▼bMaterials  Science  &  Engineerng.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-06B.
■790    ▼a0090
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17361043▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서