グラフェンの成長メカニズムは、主に使用する金属触媒の種類に影響され、銅（Cu）とニッケル（Ni）が最も一般的である。Cuは炭素溶解度が低いため、炭化水素の分解によってCu表面にグラフェンが高温で形成される表面成長メカニズムが容易になる。逆に、炭素溶解度が高いNiは、表面偏析と析出を伴うメカニズムを可能にする。この場合、炭素は高温でバルクのNi中に拡散し、冷却時に偏析して金属表面にグラフェンシートが形成される。
Cu上の表面成長：
Cu 上でのグラフェンの成長には、炭化水素が高温で分解して炭素原子が放出され、それが Cu 表面で集合するプロセスが関与している。Cuは炭素を容易に溶解しないため、炭素が表面に留まりグラフェンを形成せざるを得ないため、このメカニズムが好まれる。炭素種が成長するグラフェン島の端に加わり、最終的に連続的な単層に合体する。層が完全に形成されると、表面は反応性が低下し、さらなる層の成長が阻害される。Ni上の偏析と析出：
対照的に、Ni上の成長メカニズムは、炭素を溶解する能力があるため、より複雑である。高温合成中に炭素原子がNiバルク中に拡散する。系が冷却すると、これらの炭素原子がNiから分離・析出し、表面にグラフェン層が形成される。このプロセスは、冷却速度とNi中の初期炭素濃度の影響を受け、生成するグラフェン層の数と質に影響を与える。
合成条件の影響：
グラフェンの核生成と成長は、温度、圧力、前駆体フラックスと組成、および結晶化度、組成、結晶ファセット、表面粗さなどの触媒の特性など、さまざまな合成条件に大きく依存する。これらの要因は、グラフェン結晶の形状、配向、結晶化度、核生成密度、欠陥密度、進化に大きく影響する。
研究開発
