Temat projektu: Wpływ warstwy grafenu na procesy zachodzące na granicy faz ciekły metal stałe podłoże |  |
Konkurs: NCN OPUS 15
Projekt badawczy nr 2018/29/B/ST8/02558
Kierownik projektu: dr hab. inż. Janusz Pstruś
DOFINANSOWANIE: 888 800 zł | CAŁKOWITA WARTOŚĆ 888 800 zł |
Grafen znany jest ze swoich niezwykłych właściwości, jednak aby mógł być powszechnie stosowany, jego synteza powinna być tania a otrzymany grafen dobrej jakości i składający się z ziaren o dużych rozmiarach. Jednym z zadań rozwoju technologii grafenowych jest opracowanie metody łączenia powłok grafenowych z innymi materiałami. W mikroelektronice do łączenia używa się głównie różnych technik lutowniczych. Do ich projektowania konieczna jest znajomość i opis procesu zwilżania. Jak dotąd ukazało się kilka prac eksperymentalnych, które opisują zwilżalność podłoża metal-grafen ciekłym metalem, przy czym nie podano zrozumienia na poziomie atomowym. Dlatego symulacje atomistyczne i obliczenia oparte na DFT mogą być pomocne w zrozumieniu zjawiska zwilżania i jego wpływu na strukturę i właściwości.
W projekcie przeprowadzono modernizację i rozbudowę stanowiska do syntezy grafenu a także zbudowano nowe stanowisko badawcze do pomiarów zwilżalności z zastosowaniem szybkiej kamery. Wykorzystując zbudowane stanowiska wykonano kompleksowe badania zwilżalności metali z powłoką grafenową. Wyjaśniono wpływ warstwy grafenu na zwilżalność podłoża Cu ciekłymi metalami za pomocą metod dynamiki molekularnej. Ruchliwość atomów ciekłego metalu w wysokich temperaturach powodowała powstawanie szczelin między płatami grafenu umożliwiając procesy dyfuzyjne i reakcje ciekłego lutowia z Cu. W wyniku tego w interfejsie tworzyła się warstwa faz międzymetalicznych a płaty grafenu oderwane od podłoża Cu migrowały na wierzch lutowia. Na podstawie badań eksperymentalnych, metodą dynamiki molekularnej, opracowano model procesu zwilżania miedzi z warstwą grafu przez ciekłe metale.