Publication: Effects of transport processes to the deposition and quality of atmospheric pressure chemical vapour deposited graphene
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Fatin Bazilah Fauzi | en_US |
dc.contributor.supervisor | Mohd Hanafi Ani, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Syed Noh Syed Abu Bakar, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-07T03:01:31Z | |
dc.date.available | 2024-10-07T03:01:31Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.description.abstract | Until now, producing homogeneous chemical vapour deposited graphene with zero defects remains a challenge. The research on chemical aspects has been extensively explored either through experiments or computational studies. Given that it is a mass-transport limited process for atmospheric-pressure CVD (APCVD), the gas-phase dynamics and interfacial phenomena at the gas-solid interface (i.e., the boundary layer) is a crucial controlling factors. In this research, the importance of CVD fluid dynamics aspect was emphasised through fundamental studies at both gas-phase and gas-solid phase. As a preliminary study, an extensive review of available APCVD literature provided information on the relationship of graphene quality and its corresponding growth parameter. From these parameters, Reynolds number was calculated with the consideration that it is a ternary gas mixture. This was then compiled into a CH4-H2-Ar ternary plot which predicts the quality of graphene and Reynolds number at all gas compositions. Higher Reynolds number was found to be promising for high-quality graphene deposit which could be obtained at the gas composition range of ≤1% of CH4, ≤10% of H2, and ≥90% of Ar. Following this, a customised homogenous gas with properties similar to mixture of CH4, H2 and Ar was used in our computational fluid dynamics (CFD) of APCVD graphene. The in-depth details on gas-phase dynamics, interfacial phenomena, particularly the boundary layer and mass transport during the deposition process, were studied. Conditions, where gravity parameter is vital or could be safely neglected in CFD, was also determined. CFD model also allowed a close-up view of the boundary layer at the gas-solid interface. This was found to provide the most reasonable estimation of boundary-layer thickness formed on top of substrate for a bounded flow system like in a CVD. Higher Reynolds number formed thinner boundary layer. Consecutively, the relationship between the deposited graphene quality with Reynolds number, boundary-layer thickness and mass transport were explored. Calculated mass transport coefficient shows a good correlation to graphene thickness but not it's defect density which suggests that graphene defects are more dependent on factors other than fluid dynamics. At the highest Reynolds number of 84, few-layer graphene with monolayer ratio, I2D/IG of ∼0.67 and defect ratio, ID/IG of ∼0.45 was obtained. Wherein the quality of graphene improves when the ID/IG decreased by 90% and I2D/IG increased by 60%. Based on the experimental and computational studies, transport process was shown to have a vital role in the APCVD graphene growth. | en_US |
dc.description.abstractarabic | لا يزال إنتاج بخار كيميائي متجانس غير معيوب من الجرافين المترسب تحديًا حتى يومنا هذا. تم القيام بالعديد من الأبحاث في الجوانب الكيميائية على نطاق واسع إما من خلال التجارب أو الدراسات الحسابية. بالنظر إلى أنها عملية نقل جماعي محدودة لـلضغط الجوي CVD (APCVD)، فإن ديناميكيات الطور الغازي والظواهر البينية في السطح البيني الغازي الصلب (أي الطبقة الفاصلة) هي عوامل التحكم الحاسمة. تم التأكيد على أهمية ديناميكيات APCVD من خلال الدراسات الأساسية في كل من المرحلة الغازية والمرحلة الغازية الصلبة في هذا البحث . كدراسة أولية، قدمت مراجعة شاملة لأدبيات APCVD المتاحة معلومات حول العلاقة بين جودة الجرافين وعامل النمو المقابل لها. من بين هذه العوامل، تم حساب رقم رينولدز مع الأخذ في الاعتبار أنه خليط غازي ثلاثي. تم جمعه بعد ذلك في مخطط CH4-H2-Ar الثلاثي والذي يتوقع جودة الجرافين ورقم رينولدز في جميع التركيبات الغازية. تم التوصل إلى أن أرقام رينولدز العالية تُعد واعدة بنسبة للجودة العالية لرواسب الجرافين والتي يمكن الحصول عليها في نطاق تكوين الغاز الذي يبلغ أقل من 1٪ من CH4، 10٪ من H2، و90٪ من Ar. بعد ذلك، تم تطوير نموذج غاز متجانس مخصص بشكل أكبر لديناميات السوائل الحسابية (CFD) من جرافين APCVD. تمت دراسة التفاصيل المتعمقة حول ديناميكيات الطور الغازي والظواهر البينية، خاصة الطبقة الفاصلة والنقل الجماعي أثناء عملية الترسيب. تم أيضًا تحديد الظروف التي تكون فيها عوامل الجاذبية أمرًا حيويًا أو يمكن إهمالها بدون عواقب في CFD. يسمح نموذج CFD أيضًا برؤية قريبة للطبقة الفاصلة في السطح البيني الغاز الصلب. تم العثور على هذا لتوفير أكثر تقدير منطقي لسُمك الطبقة الفاصلة لنظام تدفق محدود كما هو الحال في CVD. تم إثبات عدم صحة التقدير التقريبي الآخر المعتمد على نموذج Blasius. شكل رقم رينولدز الأعلى طبقة حد أقل سمكًا. وتم استكشاف العلاقة بين الجرافين المترسب ورقم رينولدز وسمك الطبقة الفاصلة والنقل الجماعي. يُظهر عامل النقل الجماعي المحسوب ارتباطًا جيدًا بسُمك الجرافين ولكن لا يُشير إلى كثابة معيوبة، والذي يشير إلى أن عيوب الجرافين تعتمد بشكل أكبر على عوامل أخرى غير ديناميكيات السوائل. أثناء تطبيق أعلى رقم لرينولدز (البالغ 84) ، تم الحصول على عدد قليل من الجرافين مع نسبة أحادية الطبقة I2D/IG بقيمة 0.67∼ ونسبة العيوب ID/IG ∼0.45. تحسنت جودة الجرافين عند انخفاض ID/IG بنسبة 90٪ وزادت I2D/IG بنسبة 60٪. بناءً على الدراسات التجريبية والحسابية، تبين أن لعملية النقل دور حيوي في نمو جرافين APCVD. | en_US |
dc.description.callnumber | t TS 695 F253E 2021 | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Effects of transport processes to the deposition and quality of atmospheric pressure chemical vapour deposited graphene /by Fatin Bazilah Fauzi | en_US |
dc.description.identity | t11100393505FatinBazilahFauzi | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | Malaysian | en_US |
dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2021. | en_US |
dc.description.physicaldescription | xix, 165 leaves : illustrations ; 30cm. | en_US |
dc.description.programme | Doctor of Philosophy (Engineering) | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/2902 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2021 | en_US |
dc.subject.lcsh | Chemical vapor deposition | en_US |
dc.subject.lcsh | Atmospheric pressure | en_US |
dc.subject.lcsh | Reynolds number | en_US |
dc.title | Effects of transport processes to the deposition and quality of atmospheric pressure chemical vapour deposited graphene | en_US |
dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
License bundle
1 - 1 of 1