Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз пайдаланып жатқан шолғыш нұсқасында шектеулі CSS қолдауы бар. Жақсы нәтижеге қол жеткізу үшін шолғыштың жаңарақ нұсқасын пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты сәндеусіз немесе JavaScriptсіз көрсетеміз.
Наноөлшемді графит пленкалары (NGFs) каталитикалық химиялық бу тұндыру арқылы алынуы мүмкін сенімді наноматериалдар болып табылады, бірақ олардың тасымалдаудың қарапайымдылығы және беткі морфологияның оларды келесі ұрпақ құрылғыларында пайдалануына қалай әсер ететіні туралы сұрақтар әлі де бар. Мұнда біз поликристалды никельді фольганың екі жағындағы NGF өсуін (ауданы 55 см2, қалыңдығы шамамен 100 нм) және оның полимерсіз өтуін (алдыңғы және артқы, ауданы 6 см2-ге дейін) хабарлаймыз. Катализатор фольгасының морфологиясына байланысты екі көміртекті қабықшалар физикалық қасиеттерімен және басқа сипаттамаларымен (мысалы, бетінің кедір-бұдыры) ерекшеленеді. Артқы жағы кедір-бұдырлы NGFs NO2 анықтауға жақсы сәйкес келетінін көрсетеміз, ал алдыңғы жағындағы тегіс және өткізгіш NGFs (2000 S/см, парақ кедергісі – 50 Ом/м2) өміршең өткізгіштер бола алады. күн батареясының арнасы немесе электроды (өйткені ол көрінетін жарықтың 62% өткізеді). Тұтастай алғанда, сипатталған өсу және тасымалдау процестері NGF-ті графен және микрон қалың графит пленкалары жарамсыз технологиялық қолданбалар үшін балама көміртекті материал ретінде жүзеге асыруға көмектесуі мүмкін.
Графит - кеңінен қолданылатын өнеркәсіптік материал. Атап айтқанда, графит салыстырмалы түрде төмен массалық тығыздық және жоғары жазықтықтағы жылу және электр өткізгіштік қасиеттеріне ие және қатал жылу және химиялық ортада өте тұрақты болып табылады1,2. Қабыршақ графиті - графенді зерттеу үшін белгілі бастапқы материал3. Жұқа пленкаларға өңделген кезде оны көптеген қолданбаларда, соның ішінде смартфондар4,5,6,7 сияқты электрондық құрылғыларға арналған жылу қабылдағыштарды, сенсорларда8,9,10 белсенді материал ретінде және электромагниттік кедергілерден қорғау11 үшін пайдалануға болады. 12 және экстремалды ультракүлгіндегі литографияға арналған пленкалар13,14, күн ұяшықтарындағы өткізгіш арналар15,16. Осы қолданбалардың барлығы үшін қалыңдығы <100 нм бақыланатын графит пленкаларының (NGFs) үлкен аумақтарын оңай өндіру және тасымалдау мүмкін болса, маңызды артықшылық болар еді.
Графит пленкалары әртүрлі әдістермен өндіріледі. Бір жағдайда графен үлпектерін алу үшін кірістіру және кеңейту, содан кейін қабыршақтану қолданылды10,11,17. Қабыршақтарды қажетті қалыңдықтағы пленкаларға өңдеу керек және тығыз графит парақтарын шығару үшін жиі бірнеше күн қажет. Басқа тәсіл - графикалық қатты прекурсорлардан бастау. Өнеркәсіпте полимерлердің парақтары жақсы құрылымды қабатты материалдарды қалыптастыру үшін көміртектеледі (1000–1500 ° C), содан кейін графиттендіріледі (2800–3200 ° C). Бұл пленкалардың сапасы жоғары болғанымен, энергия шығыны айтарлықтай1,18,19 және минималды қалыңдығы бірнеше микронмен шектеледі1,18,19,20.
Каталитикалық химиялық буларды тұндыру (CVD) - жоғары құрылымдық сапасы және ақылға қонымды құны бар графен және ультра жұқа графит қабықшаларын (<10 нм) алудың танымал әдісі21,22,23,24,25,26,27. Дегенмен, графен және ультра жұқа графит пленкаларының өсуімен28 салыстырғанда, CVD көмегімен NGF-тің үлкен аумақты өсуі және/немесе қолданылуы одан да аз зерттелген11,13,29,30,31,32,33.
CVD арқылы өсірілген графен мен графит пленкаларын жиі функционалды субстраттарға ауыстыру қажет34. Бұл жұқа пленка тасымалдаулары екі негізгі әдісті қамтиды35: (1) тегістелмейтін тасымалдау36,37 және (2) қышқыл негізіндегі ылғалды химиялық тасымалдау (субстрат қолдауымен)14,34,38. Әрбір әдістің кейбір артықшылықтары мен кемшіліктері бар және басқа жерде сипатталғандай, мақсатты қолданбаға байланысты таңдалуы керек35,39. Каталитикалық субстраттарда өсірілген графен/графит пленкалары үшін дымқыл химиялық процестер арқылы тасымалдау (оның ішінде полиметилметакрилат (PMMA) ең жиі қолданылатын тірек қабаты болып табылады) бірінші таңдау болып қала береді13,30,34,38,40,41,42. Сіз және т.б. NGF тасымалдау үшін ешбір полимер пайдаланылмағаны айтылды (үлгі өлшемі шамамен 4 см2)25,43, бірақ үлгінің тұрақтылығы және/немесе тасымалдау кезінде өңдеуге қатысты мәліметтер берілмеді; Полимерлерді пайдаланатын дымқыл химия процестері құрбандық полимер қабатын қолдану және кейіннен жоюды қамтитын бірнеше кезеңнен тұрады30,38,40,41,42. Бұл процестің кемшіліктері бар: мысалы, полимер қалдықтары өсірілген пленканың қасиеттерін өзгерте алады38. Қосымша өңдеу қалдық полимерді жоюға болады, бірақ бұл қосымша қадамдар пленка өндірудің құны мен уақытын арттырады38,40. CVD өсу кезінде графен қабаты катализатор фольгасының алдыңғы жағында (бу ағынына қарайтын жағы) ғана емес, сонымен қатар оның артқы жағында да тұндырылады. Дегенмен, соңғысы қалдық өнім болып саналады және жұмсақ плазма арқылы тез жойылуы мүмкін38,41. Бұл пленканы қайта өңдеу, тіпті беткі көміртекті пленкаға қарағанда сапасы төмен болса да, өнімділікті арттыруға көмектеседі.
Мұнда біз CVD әдісімен поликристалды никельді фольгада жоғары құрылымдық сапасы бар NGF пластинкалы екі жақты өсуін дайындаймыз. Фольганың алдыңғы және артқы бетінің кедір-бұдырлығы NGF морфологиясы мен құрылымына қалай әсер ететіні бағаланды. Біз сондай-ақ никель фольгасының екі жағынан көп функционалды субстраттарға NGF-ның үнемді және экологиялық таза полимерсіз тасымалдануын көрсетеміз және алдыңғы және артқы пленкалардың әртүрлі қолданбаларға қаншалықты қолайлы екенін көрсетеміз.
Келесі бөлімдерде қабаттасқан графен қабаттарының санына байланысты әртүрлі графит пленкасының қалыңдығы талқыланады: (i) бір қабатты графен (SLG, 1 қабат), (ii) бірнеше қабатты графен (FLG, < 10 қабат), (iii) көп қабатты графен ( MLG, 10-30 қабат) және (iv) NGF (~300 қабат). Соңғысы ауданның пайызымен көрсетілген ең көп таралған қалыңдық болып табылады (100 мкм2-ге шамамен 97% аудан)30. Сондықтан бүкіл фильм жай ғана NGF деп аталады.
Графен мен графит пленкаларын синтездеу үшін қолданылатын поликристалды никель фольгалары оларды өндіру және кейіннен өңдеу нәтижесінде әртүрлі текстураға ие. Жақында біз NGF30 өсу процесін оңтайландыруға арналған зерттеу туралы хабарладық. Жасыту уақыты мен өсу сатысындағы камера қысымы сияқты процесс параметрлері біркелкі қалыңдықтағы NGF алуда маңызды рөл атқаратынын көрсетеміз. Мұнда біз никель фольгасының жылтыратылған алдыңғы (FS) және жылтыратылмаған артқы (BS) беттерінде NGF өсуін одан әрі зерттедік (сурет 1а). FS және BS үлгілерінің үш түрі зерттелді, олар 1-кестеде келтірілген. Көзбен шолу кезінде никель фольгасының (NiAG) екі жағындағы NGF біркелкі өсуі тән металл күмістен негізгі Ni субстратының түсінің өзгеруінен көрінеді. сұрдан күңгірт сұр түске дейін (1а-сурет); микроскопиялық өлшемдер расталды (сурет 1б, в). Жарық аймақта байқалатын және 1b суретіндегі қызыл, көк және қызғылт сары көрсеткілермен белгіленген FS-NGF типтік Раман спектрі 1c суретте көрсетілген. Графиттің G (1683 см−1) және 2D (2696 см−1) тән Раман шыңдары жоғары кристалды NGF өсуін растайды (1c-сурет, SI1 кестесі). Бүкіл фильмде қарқындылық қатынасы (I2D/IG) ~0,3 болатын Раман спектрлерінің басымдылығы байқалды, ал I2D/IG = 0,8 болатын Раман спектрлері сирек байқалды. Бүкіл пленкада ақаулы шыңдардың (D = 1350 см-1) болмауы NGF өсуінің жоғары сапасын көрсетеді. Ұқсас Раман нәтижелері BS-NGF үлгісінде алынды (SI1 a және b суреті, SI1 кестесі).
NiAG FS- және BS-NGF салыстыру: (a) Вафли масштабында (55 см2) NGF өсуін көрсететін типтік NGF (NiAG) үлгісінің фотосуреті және нәтижесінде алынған BS- және FS-Ni фольга үлгілері, (b) FS-NGF Оптикалық микроскоппен алынған кескіндер/ Ni, (c) b панеліндегі әртүрлі позицияларда жазылған типтік Раман спектрлері, (d, f) FS-NGF/Ni бойынша әртүрлі үлкейтудегі SEM кескіндері, (e, g) әртүрлі үлкейтудегі SEM кескіндері BS -NGF/Ni орнатады. Көк көрсеткі FLG аймағын, қызғылт сары көрсеткі MLG аймағын (FLG аймағының жанында), қызыл көрсеткі NGF аймағын, ал қызыл түсті көрсеткі бүктеуді көрсетеді.
Өсу бастапқы субстраттың қалыңдығына, кристалл өлшеміне, бағдарға және дән шекараларына байланысты болғандықтан, үлкен аумақтарда NGF қалыңдығын ақылға қонымды бақылауға қол жеткізу қиын болып қала береді20,34,44. Бұл зерттеу біз бұрын жариялаған мазмұнды пайдаланды30. Бұл процесс 100 мкм230 үшін 0,1-ден 3%-ға дейінгі жарық аймағын береді. Келесі бөлімдерде аймақтардың екі түрі үшін де нәтижелерді ұсынамыз. Жоғары үлкейтілген SEM кескіндері екі жағында бірнеше жарқын контраст аймақтарының болуын көрсетеді (сурет 1f,g), бұл FLG және MLG аймақтарының болуын көрсетеді30,45. Бұл сондай-ақ Раманның шашырауы (1c-сурет) және TEM нәтижелері («FS-NGF: құрылымы мен қасиеттері» бөлімінде кейінірек талқыланады) арқылы расталды. FS- және BS-NGF/Ni үлгілерінде байқалған FLG және MLG аймақтары (Ni-де өсірілген алдыңғы және артқы NGF) алдын ала күйдіру кезінде қалыптасқан үлкен Ni(111) дәндерінде өскен болуы мүмкін22,30,45. Екі жағынан бүктеу байқалды (1б-сурет, күлгін көрсеткілермен белгіленген). Бұл қатпарлар графит пен никельді субстрат арасындағы термиялық кеңею коэффициентіндегі үлкен айырмашылыққа байланысты CVD-де өсірілген графен және графит пленкаларында жиі кездеседі30,38.
AFM кескіні FS-NGF үлгісі BS-NGF үлгісіне қарағанда тегіс екенін растады (SI1-сурет) (SI2-сурет). FS-NGF/Ni (SI2c-сурет) және BS-NGF/Ni (SI2d-сурет) орташа квадраттық (RMS) кедір-бұдырлық мәндері сәйкесінше 82 және 200 нм (20 × аумақта өлшенеді) 20 мкм2). Неғұрлым жоғары кедір-бұдырды никель (NiAR) фольгасының қабылданған күйдегі беттік талдауы негізінде түсінуге болады (SI3-сурет). FS және BS-NiAR SEM кескіндері әртүрлі беттік морфологияларды көрсететін SI3a–d суреттерінде көрсетілген: жылтыратылған FS-Ni фольгасында нано және микрон өлшемді сфералық бөлшектер бар, ал жылтыратылмаған BS-Ni фольгасы өндіріс сатысын көрсетеді. беріктігі жоғары бөлшектер ретінде. және құлдырау. Жасытылған никель фольгасының (NiA) төмен және жоғары ажыратымдылықтағы суреттері SI3e–h суретінде көрсетілген. Бұл суреттерде никель фольгасының екі жағында бірнеше микрон өлшемді никель бөлшектерінің болуын байқауға болады (SI3e–h суреті). Ірі түйіршіктер бұрын хабарланғандай Ni(111) беттік бағдарға ие болуы мүмкін30,46. FS-NiA және BS-NiA арасында никель фольгасының морфологиясында айтарлықтай айырмашылықтар бар. BS-NGF/Ni кедір-бұдырының жоғары болуы BS-NiAR жылтыратпаған бетіне байланысты, оның беті жасытудан кейін де айтарлықтай кедір-бұдыр болып қалады (SI3 сурет). Өсу процесіне дейін бетті сипаттаудың бұл түрі графен мен графит пленкаларының кедір-бұдырлығын бақылауға мүмкіндік береді. Айта кету керек, бастапқы субстрат графеннің өсуі кезінде дәннің біршама қайта құрылуына ұшырады, ол күйдірілген фольга мен катализатор пленкасымен салыстырғанда астықтың көлемін аздап азайтты және субстраттың бетінің кедір-бұдырлығын біршама жоғарылатты22.
Субстрат бетінің кедір-бұдырын, күйдіру уақытын (түйірлік өлшемі)30,47 және босатуды бақылау43 дәл баптау аймақтық NGF қалыңдығының біркелкілігін мкм2 және/немесе тіпті nm2 шкаласына дейін азайтуға көмектеседі (яғни, бірнеше нанометр қалыңдығының ауытқулары). Негіз бетінің кедір-бұдырын бақылау үшін алынған никельді фольганы электролиттік жылтырату сияқты әдістерді қарастыруға болады48. Алдын ала өңделген никель фольгасын үлкен Ni(111) түйіршіктерінің пайда болуын болдырмау үшін (FLG өсуіне пайдалы) төмен температурада (< 900 °C) 46 және уақытта (< 5 мин) жасытуға болады.
SLG және FLG графен қышқылдар мен судың беттік керілуіне төтеп бере алмайды, ылғалды химиялық тасымалдау процестері кезінде механикалық тірек қабаттарын қажет етеді22,34,38. Полимерді қолдайтын бір қабатты графеннің дымқыл химиялық тасымалдануынан айырмашылығы, біз 2а-суретте көрсетілгендей өсірілген NGF-тің екі жағы да полимерлі қолдаусыз тасымалданатынын анықтадық (толығырақ SI4a суретін қараңыз). NGF берілген субстратқа тасымалдануы астындағы Ni30.49 қабықшасының дымқыл оюдан басталады. Өсірілген NGF/Ni/NGF үлгілері түні бойы 600 мл ионсыздандырылған (DI) сумен сұйылтылған 15 мл 70% HNO3 ішіне орналастырылды. Ni фольгасы толығымен ерігеннен кейін, FS-NGF тегіс болып қалады және NGF/Ni/NGF үлгісі сияқты сұйықтықтың бетінде қалқып тұрады, ал BS-NGF суға батырылады (2а,б-сурет). Оқшауланған NGF содан кейін таза ионсыздандырылған суы бар бір стаканнан басқа стаканға ауыстырылды және оқшауланған NGF ойыс шыны ыдыс арқылы төрт-алты рет қайталай отырып, мұқият жуылды. Соңында, FS-NGF және BS-NGF қажетті субстратқа орналастырылды (Cурет 2c).
Никель фольгасында өсірілген NGF үшін полимерсіз дымқыл химиялық тасымалдау процесі: (a) процестің ағыны диаграммасы (толығырақ ақпарат алу үшін SI4 суретін қараңыз), (b) Ni-оюдан кейін бөлінген NGF сандық фотосуреті (2 үлгі), (c) FS мысалы – және BS-NGF SiO2/Si субстратқа көшіру, (d) FS-NGF мөлдір емес полимерлі субстратқа көшу, (e) BS-NGF d панелімен бірдей үлгіден (екі бөлікке бөлінген), алтын жалатылған C қағазына ауыстырылды және Нафион (икемді мөлдір субстрат, қызыл бұрыштармен белгіленген жиектер).
Ылғалды химиялық тасымалдау әдістері арқылы орындалатын SLG тасымалдауы 20–24 сағаттың жалпы өңдеу уақытын қажет ететінін ескеріңіз 38 . Мұнда көрсетілген полимерсіз тасымалдау әдісімен (SI4a суреті) жалпы NGF тасымалдауды өңдеу уақыты айтарлықтай қысқарады (шамамен 15 сағат). Процесс мыналардан тұрады: (1-қадам) Операция ерітіндісін дайындаңыз және оған үлгіні салыңыз (~10 минут), содан кейін Ni оюлау үшін түнде күтіңіз (~7200 минут), (2-қадам) Дейонизацияланған сумен шайыңыз (3-қадам) . ионсыздандырылған суда сақтаңыз немесе мақсатты субстратқа ауыстырыңыз (20 мин). NGF және көлемді матрица арасында ұсталған су капиллярлық әсермен жойылады (қағазды сүрту арқылы)38, содан кейін қалған су тамшылары табиғи кептіру арқылы жойылады (шамамен 30 мин), соңында үлгі 10 минут бойы кептіріледі. мин вакуумды пеште (10–1 мбар) 50–90 °C (60 мин) 38.
Графит су мен ауаның жеткілікті жоғары температурада (≥ 200 °C) болуына төтеп беретіні белгілі 50,51,52. Бөлме температурасында деионизацияланған суда және бірнеше күннен бір жылға дейін кез келген жерде герметикалық бөтелкелерде сақтағаннан кейін біз үлгілерді Raman спектроскопиясы, SEM және XRD көмегімен сынадық (SI4 сурет). Ешқандай деградация байқалмайды. 2c суретте ионсыздандырылған судағы еркін тұрған FS-NGF және BS-NGF көрсетілген. Біз оларды 2c суреттің басында көрсетілгендей SiO2 (300 нм)/Si субстратында түсірдік. Сонымен қатар, 2d,e суретінде көрсетілгендей, үздіксіз NGF әртүрлі субстраттарға, мысалы, полимерлер (Nexolve және Nafion компаниясының Thermabright полиамиді) және алтынмен қапталған көміртекті қағазға берілуі мүмкін. Қалқымалы FS-NGF мақсатты субстратқа оңай орналастырылды (Cурет 2c, d). Дегенмен, көлемі 3 см2-ден асатын BS-NGF үлгілерін толығымен суға батырған кезде өңдеу қиын болды. Әдетте, олар суда домалай бастағанда, абайсызда ұстау салдарынан кейде екі немесе үш бөлікке бөлінеді (2е-сурет). Тұтастай алғанда, біз PS- және BS-NGF полимерсіз тасымалдауына (6 см2-де NGF/Ni/NGF өсуінсіз үздіксіз жіксіз тасымалдау) қол жеткізе алдық, сәйкесінше 6 және 3 см2 аумаққа дейінгі үлгілер үшін. Қалған кез келген үлкен немесе кішкене бөліктерді (ою ерітіндісінде немесе ионсыздандырылған суда оңай көруге болады) қалаған субстратта (~1 мм2, SI4b суреті, «FS-NGF: құрылымы мен қасиеттері (талқыланған)) мыс торына тасымалданған үлгіні қараңыз. «Құрылым және сипаттар» астында) немесе болашақта пайдалану үшін сақтаңыз (SI4-сурет). Осы критерийге сүйене отырып, біз NGF 98-99%-ға дейінгі кірістілікте (тасымалдау үшін өсімнен кейін) қалпына келтірілуі мүмкін деп есептейміз.
Полимерсіз тасымалдау үлгілері егжей-тегжейлі талданды. FS- және BS-NGF/SiO2/Si (2c-сурет) оптикалық микроскопия (OM) және SEM кескіндері (SI5-сурет және 3-сурет) көмегімен алынған беттік морфологиялық сипаттамалар бұл үлгілердің микроскопсыз тасымалданғанын көрсетті. Жарықтар, саңылаулар немесе оралмаған жерлер сияқты көрінетін құрылымдық зақымдар. Өсіп келе жатқан NGF-дегі қатпарлар (3b, d, күлгін көрсеткілермен белгіленген) тасымалдаудан кейін өзгеріссіз қалды. FS- және BS-NGF екеуі де FLG аймақтарынан тұрады (3-суретте көк көрсеткілермен көрсетілген ашық аймақтар). Бір қызығы, әдетте ультра жұқа графит пленкаларының полимерлі тасымалдануы кезінде байқалатын бірнеше зақымдалған аймақтардан айырмашылығы, NGF-ге қосылатын бірнеше микрон өлшемді FLG және MLG аймақтары (3d-суретте көк көрсеткілермен белгіленген) жарықтарсыз немесе үзілістерсіз тасымалданды (3d-сурет) . 3). . Механикалық тұтастық кейінірек талқыланғандай, NGF-ның TEM және SEM кескіндері арқылы кружевник-көміртекті мыс торларына тасымалданып расталды («FS-NGF: Құрылымы мен қасиеттері»). Тасымалданған BS-NGF/SiO2/Si SI6a және b (20 × 20 мкм2) суретте көрсетілгендей, сәйкесінше 140 нм және 17 нм орташа квадраттық мәндері бар FS-NGF/SiO2/Si қарағанда өрескел. SiO2/Si субстратына (RMS < 2 нм) тасымалданатын NGF-тің RMS мәні Ni-де өсірілген NGF-ке қарағанда айтарлықтай төмен (шамамен 3 есе) (SI2 суреті), бұл қосымша кедір-бұдырдың Ni бетіне сәйкес келуі мүмкін екенін көрсетеді. Сонымен қатар, FS- және BS-NGF/SiO2/Si үлгілерінің шеттерінде орындалған AFM кескіндері сәйкесінше 100 және 80 нм NGF қалыңдығын көрсетті (SI7-сурет). BS-NGF қалыңдығының аз болуы беттің прекурсорлық газға тікелей әсер етпеуінің нәтижесі болуы мүмкін.
SiO2/Si пластинасында полимерсіз тасымалданған NGF (NiAG) (2c суретті қараңыз): (a,b) тасымалданған FS-NGF SEM кескіндері: төмен және жоғары үлкейту (панельдегі қызғылт сары шаршыға сәйкес). Типтік аймақтар) – а). (c,d) Тасымалданған BS-NGF SEM кескіндері: төмен және жоғары үлкейту (c панеліндегі қызғылт сары квадратпен көрсетілген типтік аумаққа сәйкес). (e, f) тасымалданатын FS- және BS-NGFs AFM кескіндері. Көк көрсеткі FLG аймағын білдіреді – жарқын контраст, көгілдір көрсеткі – қара MLG контраст, қызыл көрсеткі – қара контраст NGF аймағын, қызыл түсті көрсеткі бүктеуді білдіреді.
Өсірілген және тасымалданатын FS- және BS-NGFs химиялық құрамы рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) арқылы талданды (4-сурет). Өскен FS- және BS-NGFs (NiAG) Ni субстратына (850 эВ) сәйкес өлшенген спектрлерде (4а, б-сурет) әлсіз шыңы байқалды. Тасымалданған FS- және BS-NGF/SiO2/Si өлшенген спектрлерінде шыңдар жоқ (сурет 4c; BS-NGF/SiO2/Si үшін ұқсас нәтижелер көрсетілмеген), бұл тасымалдаудан кейін қалдық Ni ластануының жоқтығын көрсетеді. . 4d–f суреттері FS-NGF/SiO2/Si C 1s, O 1s және Si 2p энергетикалық деңгейлерінің жоғары ажыратымдылықтағы спектрлерін көрсетеді. Графиттің C 1 с байланыс энергиясы 284,4 эВ53,54. Графит шыңдарының сызықтық пішіні әдетте 4d54 суретте көрсетілгендей асимметриялық болып саналады. Ажыратымдылығы жоғары негізгі деңгейдегі C 1 s спектрі (4d-сурет) сонымен қатар алдыңғы зерттеулерге сәйкес келетін таза тасымалдауды (яғни, полимер қалдықтары жоқ) растады38. Жаңадан өсірілген үлгінің (NiAG) және тасымалдаудан кейінгі C 1 s спектрлерінің сызық ені сәйкесінше 0,55 және 0,62 эВ. Бұл мәндер SLG мәнінен жоғары (SiO2 субстратта SLG үшін 0,49 эВ)38. Дегенмен, бұл мәндер жоғары бағдарланған пиролитикалық графен үлгілері (~0,75 эВ) 53,54,55 үшін бұрын хабарланған сызық енінен кішірек, бұл ағымдағы материалда ақаулы көміртегі учаскелерінің жоқтығын көрсетеді. C 1 s және O 1 s жер деңгейіндегі спектрлерде де иықтар жоқ, бұл жоғары ажыратымдылықтағы ең жоғары деконволюция қажеттілігін болдырмайды54. 291,1 эВ шамасында π → π* спутниктік шыңы бар, ол графит үлгілерінде жиі байқалады. Si 2p және O 1s негізгі деңгейлерінің спектрлеріндегі 103 эВ және 532,5 эВ сигналдары (4e, f-суретті қараңыз) тиісінше SiO2 56 субстратына жатады. XPS - бетке сезімтал әдіс, сондықтан NGF тасымалданғанға дейін және кейін анықталған Ni және SiO2 сәйкес сигналдар FLG аймағынан шыққан деп есептеледі. Ұқсас нәтижелер тасымалданған BS-NGF үлгілері үшін де байқалды (көрсетілмеген).
NiAG XPS нәтижелері: (ac) Сәйкесінше өсірілген FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni және тасымалданатын FS-NGF/SiO2/Si әртүрлі элементтік атомдық құрамдарын шолу спектрлері. (d–f) FS-NGF/SiO2/Si үлгісінің C 1s, O 1s және Si 2p негізгі деңгейлерінің жоғары ажыратымдылықтағы спектрлері.
Берілген NGF кристалдарының жалпы сапасы рентгендік дифракция (XRD) көмегімен бағаланды. Тасымалданған FS- және BS-NGF/SiO2/Si типтік XRD үлгілері (SI8-сурет) графитке ұқсас 26,6° және 54,7°-та дифракция шыңдарының (0 0 0 2) және (0 0 0 4) болуын көрсетеді. . Бұл NGF жоғары кристалдық сапасын растайды және тасымалдау қадамынан кейін сақталатын d = 0,335 нм қабатаралық қашықтыққа сәйкес келеді. Дифракция шыңының қарқындылығы (0 0 0 2) дифракция шыңынан (0 0 0 4) шамамен 30 есе көп, бұл NGF кристалдық жазықтығының үлгі бетімен жақсы тураланғанын көрсетеді.
SEM, Raman спектроскопиясы, XPS және XRD нәтижелері бойынша BS-NGF/Ni сапасы FS-NGF/Ni сапасымен бірдей болды, дегенмен оның орташа квадраттық кедір-бұдырлығы сәл жоғары болды (SI2, SI5 суреттері) және SI7).
Қалыңдығы 200 нм-ге дейінгі полимерлі тірек қабаттары бар SLG суда жүзе алады. Бұл орнату әдетте полимер көмегімен дымқыл химиялық тасымалдау процестерінде қолданылады22,38. Графен мен графит гидрофобты (ылғалды бұрыш 80–90°) 57 . Графеннің де, FLG-дің де әлеуетті энергетикалық беттері судың беткі жағындағы бүйірлік қозғалысы үшін төмен потенциалдық энергиямен (~1 кДж/моль) өте тегіс екендігі хабарланды58. Дегенмен, судың графенмен және графеннің үш қабатымен есептелген әрекеттесу энергиялары шамамен сәйкесінше − 13 және − 15 кДж/моль58 құрайды, бұл судың NGF-мен (шамамен 300 қабат) әрекеттесуінің графенмен салыстырғанда төмен екенін көрсетеді. Бұл тәуелсіз NGF су бетінде тегіс болып қалуының себептерінің бірі болуы мүмкін, ал тәуелсіз графен (суда қалқып жүретін) бұралып, ыдырайды. NGF толығымен суға батырылған кезде (нәтижелері өрескел және тегіс NGF үшін бірдей), оның жиектері иіледі (SI4-сурет). Толық батыру жағдайында NGF-судың әрекеттесу энергиясы екі есе дерлік артады (қалқымалы NGF салыстырғанда) және NGF жиектері жоғары жанасу бұрышын (гидрофобтылық) сақтау үшін бүктеледі деп күтілуде. Біз кірістірілген NGF жиектерінің бұралуын болдырмау үшін стратегияларды жасауға болады деп санаймыз. Бір тәсіл графит қабықшасының сулану реакциясын модуляциялау үшін аралас еріткіштерді пайдалану болып табылады59.
Ылғалды химиялық тасымалдау процестері арқылы SLG субстраттардың әртүрлі түрлеріне тасымалдануы бұрын хабарланған. Графен/графит қабықшалары мен субстраттардың арасында әлсіз ван-дер-Ваальс күштері бар екендігі жалпы қабылданған (ол SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si бағаналары22 және шілтерлі көміртекті қабықшалар30, 34 немесе икемді субстраттар сияқты қатты субстраттар болсын) полиимид 37 сияқты). Бұл жерде біз бір типті өзара әрекеттесулер басым деп есептейміз. Біз механикалық өңдеу кезінде (вакуумдық және/немесе атмосфералық жағдайларда немесе сақтау кезінде сипаттау кезінде) осы жерде ұсынылған негіздердің ешқайсысы үшін NGF зақымын немесе қабығын байқамадық (мысалы, 2-сурет, SI7 және SI9). Сонымен қатар, біз NGF/SiO2/Si үлгісінің негізгі деңгейінің XPS C 1 s спектрінде SiC шыңын байқамадық (Cурет 4). Бұл нәтижелер NGF мен мақсатты субстрат арасында химиялық байланыс жоқ екенін көрсетеді.
Алдыңғы бөлімде «FS- және BS-NGF полимерсіз тасымалдануы» біз NGF никель фольгасының екі жағында да өсіп, тасымалдана алатынын көрсеттік. Бұл FS-NGFs және BS-NGFs бетінің кедір-бұдырлығы бойынша бірдей емес, бұл бізді әрбір түр үшін ең қолайлы қолданбаларды зерттеуге итермеледі.
FS-NGF мөлдірлігі мен тегіс бетін ескере отырып, біз оның жергілікті құрылымын, оптикалық және электрлік қасиеттерін толығырақ зерттедік. Полимерді тасымалдаусыз FS-NGF құрылымы мен құрылымы трансмиссиялық электрондық микроскопиялық (TEM) бейнелеу және таңдалған аймақтық электронды дифракция (SAED) үлгісін талдаумен сипатталды. Сәйкес нәтижелер 5-суретте көрсетілген. Төмен үлкейтілген жазық TEM кескіні әртүрлі электронды контраст сипаттамалары бар NGF және FLG аймақтарының болуын анықтады, яғни сәйкесінше қараңғы және ашық аймақтар (5а-сурет). Жалпы фильм NGF және FLG әртүрлі аймақтары арасында жақсы механикалық тұтастық пен тұрақтылықты көрсетеді, жақсы қабаттасады және зақымдануы немесе жыртылмайды, бұл сонымен қатар SEM (3-сурет) және жоғары үлкейтілген TEM зерттеулерімен расталды (5c-e сурет). Атап айтқанда, 5d суретте үшбұрышты пішінмен сипатталатын және ені шамамен 51 графен қабатынан тұратын оның ең үлкен бөлігіндегі көпір құрылымы (5d суретіндегі қара нүктелі көрсеткімен белгіленген орын) көрсетілген. Жазықаралық аралығы 0,33 ± 0,01 нм құрам одан әрі ең тар аймақта графеннің бірнеше қабаттарына дейін азаяды (5 d-суреттегі қатты қара көрсеткінің соңы).
Көміртекті шілтерлі мыс торындағы полимерсіз NiAG үлгісінің жазық TEM кескіні: (a, b) NGF және FLG аймақтарын қоса, төмен ұлғайтылған TEM кескіндері, (ce) панель-a және панель-b панеліндегі әртүрлі аймақтардың жоғары үлкейтілген кескіндері бірдей түсті белгіленген көрсеткілер. a және c панелдеріндегі жасыл көрсеткілер сәулені туралау кезінде зақымдалған дөңгелек аймақтарды көрсетеді. (f–i) a және c тақталарында әртүрлі аймақтардағы SAED үлгілері сәйкесінше көк, көгілдір, қызғылт сары және қызыл шеңберлермен көрсетілген.
5c суретіндегі таспа құрылымы (қызыл көрсеткімен белгіленген) графит торлары жазықтықтарының тік бағытын көрсетеді, бұл өтелмеген ығысу кернеуінің артық болуына байланысты пленка бойындағы нанобүктемелер (5в-суретте кірістірілген) пайда болуына байланысты болуы мүмкін30,61,62 . Ажыратымдылығы жоғары TEM кезінде бұл нанобүктемелер 30 басқа NGF аймағына қарағанда басқа кристаллографиялық бағдарды көрсетеді; графит торының базальды жазықтықтары пленканың қалған бөлігі сияқты көлденең емес, дерлік тігінен бағытталған (5в-суреттегі кірістірілген). Сол сияқты, FLG аймағында кейде сызықты және тар жолақ тәрізді қатпарлар (көк көрсеткілермен белгіленген), олар сәйкесінше 5b, 5e суреттерінде төмен және орташа үлкейтуде пайда болады. 5e-суреттегі кірістірме FLG секторында екі және үш қабатты графен қабаттарының болуын растайды (жазықаралық қашықтық 0,33 ± 0,01 нм), бұл біздің алдыңғы нәтижелерімізбен жақсы сәйкес келеді30. Қосымша, көміртекті қабықшалары бар мыс торларына тасымалданған полимерсіз NGF жазылған SEM кескіндері (жоғарыдан көрінетін TEM өлшемдерін орындағаннан кейін) SI9 суретінде көрсетілген. Ұңғыманы ілулі FLG аймағы (көк көрсеткімен белгіленген) және SI9f суретіндегі сынған аймақ. Көк көрсеткі (тасымалданған NGF шетінде) FLG аймағы полимерсіз тасымалдау процесіне қарсы тұра алатынын көрсету үшін әдейі ұсынылған. Қорытындылай келе, бұл суреттер ішінара тоқтатылған NGF (FLG аймағын қоса) тіпті қатаң өңдеуден кейін және TEM және SEM өлшемдері кезінде жоғары вакуум әсерінен кейін де механикалық тұтастықты сақтайтынын растайды (SI9 сурет).
NGF тамаша тегістігіне байланысты (5а суретті қараңыз), SAED құрылымын талдау үшін [0001] домен осі бойымен үлпектерді бағдарлау қиын емес. Қабықшаның жергілікті қалыңдығына және оның орналасуына байланысты электронды дифракцияны зерттеу үшін бірнеше қызықты аймақтар (12 ұпай) анықталды. 5a–c суреттерінде осы типтік аймақтардың төртеуі түрлі-түсті шеңберлермен (көк, көгілдір, қызғылт сары және қызыл кодталған) көрсетілген және белгіленген. SAED режимі үшін 2 және 3-суреттер. 5f және g суреттері 5 және 5-суреттерде көрсетілген FLG аймағынан алынды. Сәйкесінше 5b және c суреттерінде көрсетілген. Олардың бұралған графенге ұқсас алтыбұрышты құрылымы бар63. Атап айтқанда, 5f-суретте 10° және 20° бұрылған [0001] аймақ осінің бірдей бағдары бар үш қабатталған үлгі көрсетілген, бұл үш жұп (10-10) шағылысулардың бұрыштық сәйкессіздігімен дәлелденеді. Сол сияқты, 5g-суретте 20°-қа бұрылған екі қабаттасқан алтыбұрышты үлгі көрсетілген. FLG аймағындағы алтыбұрышты үлгілердің екі немесе үш тобы бір-біріне қатысты бұрылған үш жазықтықтағы немесе жазықтықтан тыс графен қабаттарынан 33 туындауы мүмкін. Керісінше, 5h,i суретіндегі электронды дифракция үлгілері (5а-суретте көрсетілген NGF аймағына сәйкес) материалдың үлкен қалыңдығына сәйкес келетін жалпы жоғары нүктелік дифракция қарқындылығы бар жалғыз [0001] үлгісін көрсетеді. Бұл SAED үлгілері FLG-ге қарағанда қалыңырақ графиттік құрылымға және аралық бағдарға сәйкес келеді, бұл 64 индексінен туындайды. NGF кристалдық қасиеттерінің сипаттамасы екі немесе үш қабаттасқан графит (немесе графен) кристаллиттерінің бірге болуын анықтады. FLG аймағында ерекше назар аударатын нәрсе, кристаллиттер белгілі бір дәрежеде жазықтықта немесе жазықтықтан тыс бағытта дұрыс емес. 17°, 22° және 25° жазықтықтағы айналу бұрыштары бар графит бөлшектері/қабаттары Ni 64 пленкаларында өсірілген NGF үшін бұрын хабарланған. Осы зерттеуде байқалған айналу бұрышының мәндері бұралған BLG63 графені үшін бұрын байқалған айналу бұрыштарына (±1°) сәйкес келеді.
NGF/SiO2/Si электрлік қасиеттері 10×3 мм2 аумақта 300 К температурада өлшенді. Электрон тасымалдаушы концентрациясының, қозғалғыштығының және өткізгіштігінің мәндері сәйкесінше 1,6 × 1020 см-3, 220 см2 V-1 C-1 және 2000 S-см-1. Біздің NGF қозғалғыштығы мен өткізгіштік мәндері табиғи графитке2 ұқсас және коммерциялық қол жетімді жоғары бағдарланған пиролитикалық графиттен (3000 °C температурада өндірілген)29 жоғары. Электронды тасымалдаушы концентрациясының байқалған мәндері жоғары температурада (3200 °C) полиимидті парақтарды пайдаланып дайындалған микрон-қалың графит пленкалар үшін жақында хабарланған (7,25 × 10 см-3) шамасынан екі рет жоғары.
Біз сондай-ақ кварцтық субстраттарға тасымалданған FS-NGF бойынша УК-көрінетін өткізгіштік өлшемдерін орындадық (6-сурет). Алынған спектр 350–800 нм диапазонында 62% дерлік тұрақты өткізгіштігін көрсетеді, бұл NGF көрінетін жарыққа мөлдір екенін көрсетеді. Шындығында, «KAUST» атауын 6б-суреттегі үлгінің цифрлық фотосуретінен көруге болады. NGF нанокристалдық құрылымы SLG құрылымынан өзгеше болғанымен, қабаттар санын қосымша қабатқа 2,3% беру жоғалту ережесін қолдану арқылы шамамен бағалауға болады65. Осы қатынасқа сәйкес 38% өткізгіштік жоғалтуы бар графен қабаттарының саны 21. Өскен NGF негізінен 300 графен қабаттарынан тұрады, яғни қалыңдығы шамамен 100 нм (сурет 1, SI5 және SI7). Сондықтан, біз байқалатын оптикалық мөлдірлік FLG және MLG аймақтарына сәйкес келеді деп есептейміз, өйткені олар пленка бойына таралған (1, 3, 5 және 6c-суреттер). Жоғарыда аталған құрылымдық деректерден басқа, өткізгіштік пен мөлдірлік тасымалданатын NGF жоғары кристалдық сапасын да растайды.
(а) УК-көрінетін өткізгіштігін өлшеу, (b) репрезентативті үлгіні пайдалана отырып, кварцқа NGF типтік тасымалдауы. (c) Үлгі бойынша сұр кездейсоқ пішіндер ретінде белгіленген біркелкі бөлінген FLG және MLG аймақтары бар NGF (қараңғы жәшік) схемасы (1-суретті қараңыз) (100 мкм2 үшін шамамен 0,1–3% аумақ). Диаграммадағы кездейсоқ пішіндер мен олардың өлшемдері тек көрнекі мақсаттарға арналған және нақты аймақтарға сәйкес келмейді.
CVD арқылы өсірілген мөлдір NGF бұрын жалаңаш кремний беттеріне тасымалданып, күн батареяларында қолданылған15,16. Нәтижесінде қуатты түрлендіру тиімділігі (PCE) 1,5% құрайды. Бұл NGF белсенді қосылыс қабаттары, заряд тасымалдау жолдары және мөлдір электродтар сияқты көптеген функцияларды орындайды15,16. Дегенмен, графит пленкасы біркелкі емес. Графит электродының парақ кедергісі мен оптикалық өткізгіштігін мұқият бақылау арқылы әрі қарай оңтайландыру қажет, өйткені бұл екі қасиет күн батареясының PCE мәнін анықтауда маңызды рөл атқарады15,16. Әдетте, графен пленкалары көрінетін жарыққа 97,7% мөлдір, бірақ 200–3000 Ом/кв.16 парақ кедергісі бар. Графен пленкаларының беттік кедергісін қабаттардың санын көбейту (графен қабаттарының бірнеше рет тасымалдануы) және HNO3 (~30 Ом/кв.) легирлеу арқылы азайтуға болады66. Дегенмен, бұл процесс ұзақ уақыт алады және әртүрлі тасымалдау қабаттары әрқашан жақсы байланыста бола бермейді. Біздің алдыңғы жағы NGF өткізгіштік 2000 С/см, пленка парағының кедергісі 50 Ом/кв сияқты қасиеттерге ие. және 62% мөлдірлік, бұл оны күн батареяларындағы өткізгіш арналар немесе қарсы электродтар үшін өміршең балама етеді15,16.
BS-NGF құрылымы мен беттік химиясы FS-NGF-ге ұқсас болғанымен, оның кедір-бұдыры әртүрлі («FS- және BS-NGF өсуі»). Бұрын біз газ сенсоры ретінде ультра жұқа пленка графитін22 пайдаландық. Сондықтан біз газды анықтау тапсырмалары үшін BS-NGF пайдаланудың орындылығын сынадық (SI10-сурет). Біріншіден, BS-NGF-дің мм2 өлшемді бөліктері интерциратациялық электрод сенсорының чипіне тасымалданды (SI10a-c сурет). Чиптің өндірістік мәліметтері бұрын хабарланған болатын; оның белсенді сезімтал ауданы 9 мм267. SEM кескіндерінде (SI10b және c суреті) астындағы алтын электрод NGF арқылы анық көрінеді. Тағы да, барлық үлгілер үшін біркелкі чипті қамтуға қол жеткізілгенін көруге болады. Әртүрлі газдардың газ датчигі өлшеулері жазылды (SI10d-сурет) (SI11-сурет) және нәтижелі жауап беру жылдамдығы сур. SI10г. SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) және NH3 (200 ppm) сияқты басқа кедергі жасайтын газдармен болуы мүмкін. Мүмкін себептердің бірі NO2. газдың электрофильдік қасиеті22,68. Графеннің бетіне адсорбцияланған кезде ол жүйенің электрондардың ағымдағы жұтылуын азайтады. BS-NGF сенсорының жауап беру уақыты деректерін бұрын жарияланған сенсорлармен салыстыру SI2 кестесінде берілген. Ультракүлгін плазманы, O3 плазмасын немесе экспозицияға ұшыраған үлгілерді термиялық (50–150°C) өңдеу арқылы NGF сенсорларын қайта белсендіру механизмі жалғасуда, ең дұрысы енгізілген жүйелерді енгізу69.
CVD процесі кезінде графеннің өсуі катализатор субстратының екі жағында да жүреді41. Дегенмен, BS-графен әдетте тасымалдау процесі кезінде шығарылады41. Бұл зерттеуде біз жоғары сапалы NGF өсуіне және полимерсіз NGF тасымалдауына катализаторды қолдаудың екі жағында да қол жеткізуге болатындығын көрсетеміз. BS-NGF FS-NGF (~100 нм) қарағанда жұқа (~80 нм) және бұл айырмашылық BS-Ni прекурсорлық газ ағынына тікелей әсер етпеуімен түсіндіріледі. Біз сондай-ақ NiAR субстратының кедір-бұдырлығы NGF кедір-бұдырына әсер ететінін анықтадық. Бұл нәтижелер өсірілген жазық FS-NGF графен үшін прекурсорлық материал ретінде (қабыршақтау әдісімен70) немесе күн ұяшықтарында өткізгіш арна ретінде пайдаланылуы мүмкін екенін көрсетеді15,16. Керісінше, BS-NGF газды анықтау үшін (SI9-сурет) және, мүмкін, оның бетінің кедір-бұдыры пайдалы болатын энергия сақтау жүйелері71,72 үшін пайдаланылады.
Жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, ағымдағы жұмысты CVD арқылы өсірілген және никель фольгасын пайдаланатын бұрын жарияланған графит пленкаларымен біріктіру пайдалы. 2-кестеден көрініп тұрғандай, біз қолданған жоғары қысымдар салыстырмалы түрде төмен температураларда да (850–1300 °C диапазонында) реакция уақытын (өсу кезеңі) қысқартты. Біз сондай-ақ әдеттегіден жоғары өсуге қол жеткіздік, бұл кеңейту әлеуетін көрсетеді. Басқа факторларды ескеру қажет, олардың кейбірін біз кестеге енгіздік.
Екі жақты жоғары сапалы NGF каталитикалық CVD арқылы никель фольгасында өсірілді. Дәстүрлі полимерлік субстраттарды (мысалы, CVD графенінде қолданылатындар) жою арқылы біз NGF-нің (никель фольгасының артқы және алдыңғы жағында өсірілген) әртүрлі процесс үшін маңызды субстраттарға таза және ақаусыз ылғалды тасымалдануына қол жеткіземіз. Атап айтқанда, NGF құрылымдық жағынан қалың пленкаға жақсы біріктірілген FLG және MLG аймақтарын (әдетте 100 мкм2 үшін 0,1%-дан 3%-ға дейін) қамтиды. Planar TEM бұл аймақтар екі-үш графит/графен бөлшектерінің (сәйкесінше кристалдар немесе қабаттар) стектерінен тұратынын көрсетеді, олардың кейбіреулерінде 10-20° айналу сәйкессіздігі бар. FLG және MLG аймақтары FS-NGF-нің көрінетін жарыққа мөлдірлігіне жауап береді. Артқы парақтарға келетін болсақ, оларды алдыңғы парақтарға параллель тасымалдауға болады және көрсетілгендей, функционалдық мақсаты болуы мүмкін (мысалы, газды анықтау үшін). Бұл зерттеулер өнеркәсіптік ауқымдағы CVD процестеріндегі қалдықтар мен шығындарды азайту үшін өте пайдалы.
Жалпы алғанда, CVD NGF орташа қалыңдығы (төмен және көп қабатты) графен және өнеркәсіптік (микрометрлік) графит парақтары арасында жатыр. Олардың қызықты қасиеттерінің ауқымы, біз оларды өндіру және тасымалдау үшін әзірлеген қарапайым әдіспен үйлестіре отырып, бұл пленкаларды қазіргі уақытта қолданылатын энергияны көп қажет ететін өнеркәсіптік өндіріс процестерінсіз графиттің функционалдық реакциясын қажет ететін қолданбалар үшін әсіресе қолайлы етеді.
Коммерциялық CVD реакторында (Aixtron 4 дюймдік BMPro) қалыңдығы 25 мкм никельді фольга (тазалығы 99,5%, Goodfellow) орнатылды. Жүйе аргонмен тазартылды және 10-3 мбар базалық қысымға дейін эвакуацияланды. Содан кейін никель фольгасы қойылды. Ar/H2-де (Ni фольгасын 5 минут бойы алдын ала күйдіргеннен кейін фольга 900 °C температурада 500 мбар қысымға ұшырады. NGF CH4/H2 (әрқайсысы 100 см3) ағынында 5 минут бойы тұндырылды. Содан кейін үлгі 40 °C/мин жылдамдықта Ar ағыны (4000 см3) арқылы 700 °C төмен температураға дейін салқындатылды.
Үлгінің беткі морфологиясы Zeiss Merlin микроскопының (1 кВ, 50 пА) көмегімен SEM арқылы визуалды. Үлгі бетінің кедір-бұдырлығы мен NGF қалыңдығы AFM (Dimension Icon SPM, Bruker) көмегімен өлшенді. TEM және SAED өлшемдері соңғы нәтижелерді алу үшін жарықтығы жоғары өрістік эмиссиялық пистолетпен (300 кВ), FEI Wien типті монохроматормен және CEOS объективінің сфералық аберрация түзеткішімен жабдықталған FEI Titan 80–300 Cubed микроскопты пайдаланып орындалды. кеңістіктік рұқсат 0,09 нм. NGF үлгілері тегіс TEM кескіні мен SAED құрылымын талдау үшін көміртекті шілтерлі қапталған мыс торларына ауыстырылды. Осылайша, үлгі флоктарының көпшілігі тірек мембранасының кеуектерінде ілінеді. Тасымалданған NGF үлгілері XRD арқылы талданды. Рентген сәулелерінің дифракциялық үлгілері сәулелік нүктенің диаметрі 3 мм Cu сәулелену көзін пайдалана отырып, ұнтақ дифрактометрдің (Брукер, Cu Kα көзі бар D2 фазалық ауыстырғышы, 1,5418 Å және LYNXEYE детекторы) көмегімен алынды.
Бірнеше Раман нүктесінің өлшемдері біріктірілген конфокальды микроскоптың (Alpha 300 RA, WITeC) көмегімен жазылды. Термиялық әсерлерден аулақ болу үшін қозу қуаты төмен (25%) 532 нм лазер қолданылды. Рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) Kratos Axis Ultra спектрометрінде 150 Вт қуаттағы монохроматикалық Al Ka сәулеленуін (hν = 1486,6 эВ) пайдалану арқылы 300 × 700 мкм2 үлгі аумағында орындалды. Ажыратымдылық спектрлері мына жерде алынды: беру энергиясы сәйкесінше 160 эВ және 20 эВ. SiO2-ге тасымалданған NGF үлгілері 30 Вт PLS6MW (1,06 мкм) итербий талшықты лазерінің көмегімен кесектерге (әрқайсысы 3 × 10 мм2) кесілді. Мыс сым контактілері (қалыңдығы 50 мкм) оптикалық микроскоп астында күміс паста арқылы жасалды. Физикалық қасиеттерді өлшеу жүйесінде (PPMS EverCool-II, Quantum Design, АҚШ) 300 К және ± 9 Тесла магнит өрісінің ауытқуы осы үлгілерде электрлік тасымалдау және Холл әсері эксперименттері жүргізілді. Өткізілген УК-визиялық спектрлер кварц субстраттарына және кварц анықтамалық үлгілеріне тасымалданған 350-800 нм NGF диапазонында Lambda 950 УК-виз спектрофотометрінің көмегімен жазылды.
Химиялық төзімділік сенсоры (аралас электродты чип) тапсырыс бойынша басылған 73 платасына жалғанып, кедергі уақытша шығарылды. Құрылғы орналасқан баспа схемасы контактілер терминалдарына жалғанған және газ датчиктік камераның ішіне орналастырылған 74. Кедергілерді өлшеу 1 В кернеуде тазартудан газ экспозициясына дейін үздіксіз сканерлеумен, содан кейін қайтадан тазарту арқылы алынды. Камерада ылғалды қоса алғанда, барлық басқа талданатын заттардың жойылуын қамтамасыз ету үшін камераны 1 сағат бойы 200 см3 азотпен тазарту арқылы тазалау жүргізілді. Содан кейін жеке талданатын заттар N2 цилиндрін жабу арқылы бірдей ағын жылдамдығы 200 см3 болатын камераға баяу жіберілді.
Осы мақаланың өңделген нұсқасы жарияланды және оған мақаланың жоғарғы жағындағы сілтеме арқылы қол жеткізуге болады.
Инагаки, М. және Канг, Ф. Көміртекті материалтану және инженерия: негіздері. Екінші басылым өңделген. 2014. 542.
Пирсон, HO көміртегі, графит, алмаз және фуллерендер анықтамалығы: қасиеттер, өңдеу және қолдану. Бірінші басылым өңделді. 1994, Нью-Джерси.
Цай, В. және т.б. Мөлдір жұқа өткізгіш электродтар ретінде үлкен аумақты көп қабатты графен/графит пленкалары. қолданба. физика. Райт. 95(12), 123115(2009 ж.).
Баландин А.А. Графеннің және наноқұрылымды көміртекті материалдардың жылулық қасиеттері. Нат. Мэтт. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW және Cahill DG Ни (111) бойынша төмен температурада химиялық бу тұндыру арқылы өсірілген графит пленкаларының жылу өткізгіштігі. үстеу. Мэтт. Интерфейс 3, 16 (2016).
Хесжедал, Т. Химиялық буларды тұндыру арқылы графен қабықшаларының үздіксіз өсуі. қолданба. физика. Райт. 98(13), 133106(2011 ж.).
Жіберу уақыты: 23 тамыз 2024 ж