使用扩散域方法建模范德瓦尔斯堆叠二维材料的垂直生长
计算物理
2019-11-27 v1
摘要
石墨烯及其他原子级薄二维材料的垂直堆叠单层因其制备具有特定设计性质材料的潜力而引起了相当大的研究兴趣。化学气相沉积已被证明是一种高效且可扩展的制备方法。然而，机理理解的缺乏阻碍了在经验试错方法之外控制制备工艺的努力。本文中，我们建立了二维材料垂直生长的通用多尺度 Burton-Cabrera-Frank（BCF）型模型，以预测任意形状层发生垂直生长与面内（单层）生长所需的生长条件。这扩展了我们先前的工作，其中我们开发了假设层完全刻面的此类模型（Ye 等人，ACS Nano, 11, 12780-12788, 2017）。为数值求解该模型，我们使用相场/扩散域方法重新表述系统，使得方程可在固定的规则域中求解。我们使用二阶精度、自适应有限差分/非线性多重网格算法来离散化并求解离散系统。我们研究了包括层间范德瓦尔斯相互作用能、动力学附着速率、边缘能和沉积通量在内的参数对层生长和形貌的影响。尽管有利于垂直生长的条件通常遵循我们为圆形层推导的解析热力学判据，但层边界在生长过程中可能产生显著曲率，与实验观测一致。我们的方法为控制和优化多层二维材料的生长提供了机理框架。
引用
@article{arxiv.1911.11135,
title = {Modeling the vertical growth of van der Waals stacked 2D materials using the diffuse domain method},
author = {Zhenlin Guo and Christopher Price and Vivek B. Shenoy and John Lowengrub},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.11135},
year = {2019}
}