Matur nuwun kanggo Visiting Nature.com. Versi Browser sing digunakake wis diwatesi dhukungan CSS. Kanggo asil sing paling apik, disaranake sampeyan nggunakake versi anyar browser (utawa mateni mode kompatibilitas ing Internet Explorer). Ing sawetoro wektu, kanggo njamin dhukungan, kita nampilake situs tanpa gaya utawa JavaScript.
Film grafit Nanoscale (ngfs) minangka nanomaterial sing kuat sing bisa diproduksi dening deposisi kimia kimia, nanging pitakon tetep dadi cara transfer lan kepiye morfologi permukaan sing bisa digunakake ing piranti generasi sabanjure. Ing kene kita nglaporake pertumbuhan ing ngf ing loro-lorone foil nikel polyCrystalline (wilayah 55 cm2, kekandelan-gratis-transfer "lan mburi, wilayah nganti 6 cm2). Amarga morfologi saka katalis foil, film karbon loro beda karo sifat fisik lan karakteristik liyane (kayata kekerasan permukaan). Kita nduduhake manawa ngfs kanthi bunder rougher cocog kanggo deteksi no2, dene lan luwih lancar lan luwih lancar - 50 ohms / m2 / m2) bisa dadi kondhisi sing sregep. Saluran utawa elektroda sel solar (amarga ngirim 62% cahya sing katon). Sakabèhé, wutah transportasi sing diterangake bisa mbantu kelingan NGF minangka bahan karbon alternatif kanggo aplikasi teknologi teknologi ing endi graphite graphene ora cocog.
Graphite minangka bahan industri sing digunakake. Apike, grafit duwe sifat kapadhetan massa sing kurang lan termal ing pesawat lan konduktivitas listrik lan listrik sing dhuwur banget, lan stabil banget ing lowongan termal lan kimia. Flake Grapit minangka bahan wiwitan kanggo riset Graphene. Nalika diproses ing film lancip, bisa digunakake ing macem-macem aplikasi, kalebu sink panas kanggo piranti elektronik kayata smartphone aktif ing sensorter,9,10 lan kanggo proteksi gangguan elektromagnetik. 12 Lan film kanggo lithografi ing ultravioletelet13.14 sing ekstrem, nindakake saluran ing sel selar15,16. Kanggo kabeh aplikasi kasebut, bakal dadi kauntungan sing signifikan yen film grafit (ngfs) kanthi kekandelan dikendhaleni ing nanoscale <100 nm bisa diprodhuksi kanthi gampang lan diangkut.
Filem grafit diprodhuksi kanthi macem-macem cara. Ing salah sawijining kasus, Embed lan ekspansi sing diikuti karo exfoliasi sing digunakake kanggo ngasilake Graphene Flakes10,11,17. Flakes kasebut kudu diolah dadi film saka perbaikan sing dibutuhake, lan asring mbutuhake sawetara dina kanggo ngasilake lembaran grafit sing padhet. Pendhaftaran liyane yaiku kanggo miwiti prekursor padhet sing grafit. Ing industri, lembar poliger dirobi (ing 1000-1500 ° C) banjur grafit (ing 2800-3200 ° C) kanggo mbentuk bahan berlangka sing disusun kanthi apik. Although the quality of these films is high, the energy consumption is significant1,18,19 and the minimum thickness is limited to a few microns1,18,19,20.
Dependinasi kimia kimia katalipor (CVD) minangka cara sing kondhang kanggo ngasilake graphene lan film grafit lan ultrathin (<10 nm) kanthi kualitas struktural lan cost21,23,24,25,23,24,24,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,27. Nanging, dibandhingake karo tuwuh graphene lan grafit ultrathin Films28, pertumbuhan wilayah lan / utawa aplikasi saka NGF luwih nggunakake CVD malah kurang njelajah11,31,29,31,30,333,2,2,2,2,30,33.
Graphene cvd-thom grown lan film grafit asring kudu ditransfer menyang Substrat-substrat34. Transfer film tipis iki kalebu rong metode utama: (1) Transfer Transfer36,37 lan (2) Transfer Berbasis ETCH (Substrate didhukung) 14,34,38. Saben cara duwe sawetara kaluwihan lan kerugian lan kudu dipilih gumantung saka aplikasi sing dimaksud, kaya sing diterangake ing papan liya35,39. Kanggo film graphene / grafit sing ditandur ing substrat katalitik, transfer liwat metacrylate kimia teles (PMMA) minangka lapisan dhukungan sing paling umum digunakake) tetep dadi pilihan pisanan. Sampeyan et al. Iki kasebut manawa ora ana polimer transfer Ngf (ukuran ukuran sekitar 4 cm2) 25,43, nanging ora ana katrangan babagan stabilitas lan / utawa nangani maneh; Proses kimia udan nggunakake polimer kalebu sawetara langkah, kalebu aplikasi lan mbusak polimer sing kompergasi30,38,40,41. Proses iki nduweni kerugian: umpamane, residu polimer bisa ngganti sifat film38 thukul. Pangolahan tambahan bisa ngilangi sisa polimer, nanging langkah-langkah tambahan kasebut nambah biaya lan wektu produksi film3,40. Sajrone pertumbuhan CVD, lapisan graphene wis disimpen ora mung ing sisih ngarep foil katalis (sisih ngadhepi aliran uap), nanging uga ing sisih mburi. Nanging, sing terakhir dianggep minangka produk sampah lan bisa dicopot kanthi cepet ing plasma388,41. Daur ulang film iki bisa mbantu nggedhekake asil, sanajan kualitas murah tinimbang film karbon pasuryan.
Ing kene, kita nglaporake persiapan pertumbuhan bifacial skala wafer kanthi kualitas struktural sing dhuwur ing nikel polyCrystalline dening CVD. Iki dinilai babagan kekarepan saka permukaan ngarep lan mburi foil mengaruhi morfologi lan struktur ngf. Kita uga nuduhake transfer gratis polimer kanthi rega sing larang regane lan lingkungan saka loro-lorone foil nikel menyang substrat multifunctional lan nuduhake babagan film lan mburi ngarep kanggo macem-macem aplikasi.
Bagian ing ngisor iki mbahasake macem-macem perhiasan film grafit gumantung saka jumlah lapisan graphene sing dibandhingke: (ii) Graphene (III), (III) Slipene graphene (MLG, 10-30 lapisan) lan (~ 300 lapisan). Sing terakhir yaiku keteben sing paling umum sing diucapake minangka persentase wilayah (udakara 97% area saben 100 μm2) 30. Pramila kabeh film kasebut mung diarani NGF.
Kulit nikel polycrystalline digunakake kanggo sintesis saka graphene lan film grafit duwe tekstur sing beda-beda minangka asil saka pabrik lan proses sakteruse. Kita bubar nglaporake sinau kanggo ngoptimalake proses wutah Ngf30. Kita nuduhake paramèter proses kayata Annealing Time Time lan Tekan Kamulasi sajrone tahap wutah kanggo njaga peran kritis kanggo nggayuh Ngfs saka keragam seragam. Ing kene, kita luwih neliti pertumbuhan ngf kanthi permukaan sing polesan (FS) lan bs) (BS) sing ora dibayar (BS) saka Nikel Foil (BS. 1A). Telung jinis conto FS lan BS ditliti, kadhaptar ing Tabel 1. Nganggo pemeriksaan visual, pertumbuhan seragam ing warna-warni saka warna-warni kanthi warna-warni kanthi warna abu-abu kanthi warna abu-abu (1A); Pangukuran mikroskopis dikonfirmasi (anjir. 1b, c). Spektrum Raman khas FS-NGF sing khas ing wilayah sing cerah lan dituduhake dening panah abang, biru lan oranye ing Gambar 1B ditampilake ing Gambar 1C. Ciri khas grafit grafit G (1683 cm-1) lan 2D (2696 cm-1) Konfirmasi wutah kristal ngfig (1 Fig, Tabel SI1). Liwat film kasebut, preduli saka Raman Spektra kanthi intensitas rasio (I2D / IG) ~ 0.3 diamati, dene Raman Spectra karo I2D / IG = 0.8 arang banget diamati. Sing ora ana puncak sing cacat (D = 1350 cm-1) ing kabeh film nuduhake kualitas dhuwur saka Wutah NGF. Asil Raman sing padha dipikolehi ing conto BS-NGF (Gambar Si1 A lan B, Tabel SI1).
Perbandingan saka Niag FS- lan BS-NGF: (A) conto khas NGF (Niag) sing nuduhake pertumbuhan ngf kanthi ukuran bs- lan prospek foil sing khas (b) spektrum foil sing khas (b) spektrum rawan Magnificent on FS-NGF / NI, (e, g) gambar Sem ing macem-macem magnifikasi nyetel BS -ngf / ni. Panah biru nuduhake wilayah FLG, panah oranye nuduhake wilayah MLG (cedhak wilayah FLG), panah abang nuduhake wilayah NGF, lan panah Magenta nuduhake lipatan kasebut.
Wiwit tuwuh gumantung saka kekandelan landasan dhisikan, ukuran kristal, orientasi, lan wates gandum, entuk kendhali ketebalan ngf tetep dadi tracking gedhe ing wilayah gedhe tetep dadi tracknant ;34,44. Panaliten iki nggunakake konten sadurunge sadurunge diterbitake30. Proses iki ngasilake wilayah sing padhang 0,1 nganti 3% saben 100 μm230. Ing bagean ing ngisor iki, kita nampilake asil kanggo loro wilayah. Gambar Sem Pembaginan Dhuwur nuduhake sawetara wilayah kontras sing cerah ing loro-lorone (Gambar. 1F, g), sing nuduhake daerah FLG lan MLG wilayah30,45. Iki uga dikonfirmasi dening Raman Scattering (1 Fig.) Lan asil TEM (dibahas mengko ing bagean "FS-NGF: Struktur lan sipat"). Wilayah FLG lan MLG sing diamati conto FS- lan BS-NGF / NI (ngarep Ngf Tanduran ing NI) bisa uga tuwuh ing pari-warni NI (111) sing dibentuk sajrone pra-annealing22,30,45. Lempitan diamati ing loro-lorone (Gambar 1B, ditandhani nganggo panah ungu). Lipatan kasebut asring ditemokake ing graphene cVD-thom grown lan film grafit amarga prabédan gedhe ing koefisien ekspansi termal ing antarane grafit lan substrate30,38 Nickel30,38.
Gambar AFM dikonfirmasi manawa conto FS-NGF luwih rata tinimbang conto BS-NGF (Gambar Si1) (Gambar SI2). Intine Root atos (RMS) saka FS-NGF / NI (Gambar. SI2C) lan BS-NGF / NI (diukur ing wilayah 20 × 20 μm2). Kasar sing luwih dhuwur bisa dingerteni adhedhasar foil permukaan Nickel (Niar) ing negara sing ditampa (Gambar SI3). Gambar Sem FS lan BS-Niar ditampilake ing tokoh SI3A-D, nuduhake macem-macem morfologi permukaan: polesan FS-Ni foil sing beda-beda, nalika foil bs-ni sing ora luwih subur, nalika foil produksi sing ora luwih subur nuduhake tangga produksi. minangka partikel kanthi kekuwatan sing dhuwur. lan nolak. Gambar Resolusi Dhuwur lan Dhuwur saka Foil Nickel (Nia) ditampilake ing Gambar Si3e-h. Ing tokoh kasebut, kita bisa mirsani anané sawetara partikel nikel nickel mikron sing ukuran ing loro-lorone foil nickel (Gambar. SI3e-h). Pari-parian gedhe bisa uga duwe orientasi permukaan Ni (111), kaya sing dilaporake sadurunge Dilaporake. Ana prabédan signifikan ing morfologi fase nikel ing antarane FS-Nia lan BS-Nia. Kasar sing luwih dhuwur saka BS-NGF / NI amarga lumahing BS-Niar sing ora adil, permukaan sing isih atos sanajan sawise nyolong (Gambar Si3). Kahanan permukaan jinis iki sadurunge proses wutah ngidini kekerasan graphene lan film grafit sing bisa dikendhaleni. Sampeyan kudu nyatet yen substrat asli ngalami reorganisasi gandum sajrone tuwuh granas, sing rada suda ukuran gandum lan luwih akeh permukaan permukaan sing dibandhingake karo foil anneeled lan katalis film22.
Tuning atos permukaan substrat, wektu annealing (ukuran gandum) 30,47 lan ngeculake kontrol43 bakal mbantu nyuda keseragaman ketebalan regional menyang μm2 lan / utawa variasi kekandelan saka sawetara nanometer). Kanggo ngontrol kekerasan permukaan substrate, metode kayata polish elektrolitik saka foil sing diasilake bisa dianggep wiwit. Foil nikel sing pretrasi banjur bisa diobong ing suhu sing luwih murah (<900 ° C) 46 lan wektu (<5 min) kanggo ngindhari pari-parian Ni (111) kanggo tuwuhing flg).
Slag lan flg griya ora bisa nahan tension permukaan asam lan banyu, sing mbutuhake lapisan dhukungan mekanik sajrone proses transfer kimia udan22,34,38. Beda karo transfer kimia udan Graphene38 sing didhukung polimer38, kita nemokake loro-lorone ing sisih ndhuwur bisa ditransfer tanpa dhukungan polim, kaya sing ditampilake ing Gambar 2A (Waca Gambar kanggo rincian liyane). Transfer saka NGF menyang substrat sing diwenehake diwiwiti kanthi etching Weteng Film Ni30.49 Ni30.49. Sampel sing wis diwasa / ni / ngf diselehake sewengi ing 15 ml 70% hno3 banyu 600 ml Deionized (di). Sawise foil ni rampung larut, FS-NGF tetep rata lan ngambang ing permukaan Cairan, kaya BS-NGF nyemplungake ing banyu (Fig. 2A, b). Terisolasi ngf banjur ditransfer saka siji beaker sing ngemot banyu deionized seger menyang beaker liyane lan pelup iki dikumbah kanthi tliti, mbaleni kaping papat liwat sajian kaca cekung. Pungkasan, FS-NGF lan BS-NGF dilebokake ing substrat sing dikarepake (Fig. 2C).
Proses transfer polimer-gratis kanggo ngf tuwuh ing nikel fs (ndeleng Gambar) kanggo transfer favorit kanggo (2 bs-ngf), dadi rong bagéan), ditransfer menyang kertas cato emas c lan nafon (substrat transparan transparan sing wis ditandhani nganggo sudhut abang).
Elinga, transfer SLG sing ditindakake kanthi nggunakake cara transfer kimia sing teles mbutuhake wektu pangolahan total 20-24 jam 38. Kanthi teknik transfer bebas polimer nuduhake ing kene (Gambar SI4A), wektu pangolahan transfer transfer transfer transfer transferensi ngiringan kanthi signifikan (udakara 15 jam). Proses kasebut dumadi saka: (Langkah 1) Siapake solusi etching lan pasang sampel ing (~ 10 menit), banjur ngenteni banyu (~ 7200 menit), (langkah 2) mbilas nganggo banyu deionized (langkah - 3). Simpen ing banyu deionized utawa transfer menyang substrat target (20 menit). Banyu sing kepepet ing antarane NGF lan Matrix Akeh dicopot dening tumindak kapiler (nggunakake kertas blotting) 38, banjur tetesan banyu sing isih dicopot nganggo pangatusan alami (kira-kira sampel garing nganti 10 menit. min ing oven vakum (10-1 mlbar) ing 50-90 ° C (60 min) 38.
Grafit dikenal kanthi tahan ngarsane banyu lan udhara kanthi suhu sing dhuwur banget (≥ 200 ° C) 50,51,52. Kita nyoba conto nggunakake spektroskopi roman, SEM, lan xrd sawise panyimpenan ing banyu deionized ing suhu kamar lan ing sawetara dina nganti sawetara dina (Gambar SI4). Ora ana kerusakan sing jelas. Gambar 2C nuduhake FS-NGF lan BS-NGF sing ngadeg ing banyu deionized. Kita njupuk dheweke ing Sio2 (300 NM) / 36 NM, kaya sing ditampilake ing wiwitan tokoh 2C. Kajaba iku, kaya sing ditampilake ing Gambar 2D, E, Terus NGF bisa ditransfer menyang macem-macem substrat kayata polimer (polimida Thermabright saka Nexolve lan Nafation sing ditutupi. Floating FS-NGF gampang diselehake ing substrat target (Gambar 2C, d). Nanging, conto BS-NGF luwih gedhe tinimbang 3 cm2 angel ditangani nalika rampung ing banyu. Biasane, nalika wiwit muter ing banyu, amarga ora peduli karo dheweke kadang-kadang bagean utawa telung bagéan (Gambar 2e). Sakabèhé, kita bisa nggayuh transfer gratis polymer PS- lan bs-ngf (transfer terus-terusan tanpa pertumbuhan ngf / ni / ngf ing 6 cm2) kanggo tunjangan nganti 6 lan 3 cm2. Sembarang potongan sing isih cilik utawa cilik bisa (gampang katon ing larutan etching utawa banyu deionized) ing substrat sing dikarepake (~ 1 mm2, ngrembug) ing "struktur sing bisa digunakake kanggo ngasilake nganti 98-99% (sawise tuwuh transfer).
Sampel transfer tanpa polimer dianalisa kanthi rinci. Karakter morfologis lumahing sing dipikolehi ing FS- lan BS-NGF / SiO2 / SiO (OM) nggunakake mikroskop optik (OM) lan gambar. 3) nuduhake manawa conto kasebut ditransfer tanpa mikroskopi. Kerusakan struktural kayata retak, bolongan, utawa wilayah sing ora diatasi. Lipatan ing ngembang NGF (Gbr. 3B, D, ditandhani dening panah ungu) tetep utuh sawise transfer. Loro-lorone FS- lan bs-ngfs dumadi saka wilayah FLG (wilayah sing padhang dituduhake dening panah biru ing Gambar 3). Kaget, beda karo sawetara film grafit sing biasane diamati sajrone transfer pola grafit Ultrathin, sawetara wilayah mlg sing disambungake ing Gambar (ditandhani kanthi tanpa retak utawa istirahat (tokoh 3D). 3). Waca rangkeng-. Integritas mekanik uga dikonfirmasi nggunakake gambar TEM lan Sem sing ditransfer menyang Renda Tembaga Tembaga Lace-karbon, kaya sing dibahas mengko ("FS-NGF: Struktur lan sifat"). BS-NGF / Sio2 / Sio] sing ditransfer saka FS-NGF / SiO2 / Si2 / Si2 / Si2 / Si2 / SI kanthi nilai RMS 140 NM lan 17, kaya sing ditampilake ing Gambar Si6a lan B (20 × 20 μm2). Nilai RMS kanggo Ngf ditransfer menyang SIO2 / SA2 (RMS <2 NM) luwih murah (udakara 3 kali) tinimbang saka THE NGF tuwuh ing NI (angka SI2), sing nuduhake manawa kekurangan tambahan bisa cocog karo permukaan NI. Kajaba iku, gambar AFM sing ditindakake ing pojok FS- lan SM (SiO2 / SI nuduhake Ngf Kebetaian 100 lan 80 nm, masing-masing (anjir. Kekandelan sing luwih cilik saka BS-NGF bisa uga minangka asil saka permukaan sing ora langsung kapapar gas prekursor.
Dipindhah NGF (Niag) tanpa polimer ing sio2 / si wafer (ndeleng Gambar 2C): (a, (a, b) gambar sem - sing ditambahi FS-NGF sing ditransfer FS-NGF sing ditransfer: Wilayah khas) - a). (c, d) gambar semem sing ditransfer BS-NGF: Magnifikasi sing murah lan dhuwur (cocog karo area khas sing dituduhake dening alun-alun ing panel c). (e, f) gambar AFM sing ditransfer FS- lan Bs-ngfs. Panah biru nggambarake wilayah FLG - kontras cerah - kontras ireng - panah abang - kontras ireng - panah pertuktian kasebut nuduhake lipatan kasebut.
Komposisi kimia sing ditanam lan ditransfer FS- lan Bs-ngfs dianalisa dening X-Ray Photoelecy spectroscopy (XPS) (Gambar 4). Puncak sing ringkih diamati ing spektral sing diukur (Fig. 4a, b), sing cocog karo substrat Ni lan 850 ev) saka FS- lan bs-ngfs (niag). Ora ana puncak ing spektrum sing diisi diisi FS- lan BS-NGF / SiO2 / SiO (SI) ora ditampilake), sing nuduhake manawa ora ana kontaminasi NI. Angka 4D-F nuduhake spektrha resolusi dhuwur C 1 s, utawa 1 S lan Si 2P Tingkat FS-NGF / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SiO2 / SI. Energi naleni C 1 s grafit yaiku 284.4 EV53.54. Bentuk puncak grafit umume dianggep asimetris, kaya sing ditampilake ing Gambar 4D54. Tingkat inti inti c 1 S spektrum (Gambar 4D) uga transfer murni (yaiku, ora ana residu murni), sing konsisten karo studi sadurunge38. Linewidths saka spektrum c 1 s saka conto sing wis diwasa (Niag) lan sawise transfer yaiku 0.55 lan 0.62 EV, masing-masing. Nilai kasebut luwih dhuwur tinimbang sing slif (0.49 EV kanggo SLG ing substrat SiO2) 38. Nanging, nilai-nilai kasebut luwih cilik tinimbang linewidths sing sadurunge dilaporake kanggo conto graphene pethene pyrolyet sing berorientasi (~ 0.75 EV) 53,54,55, nuduhake manawa ora ana situs karbon sing cacat ing materi saiki. C 1 s lan o 1 ing tingkat lemah Spektra uga ora duwe pundhak, ngilangi kebutuhan kanggo resolusi sing paling dhuwur resolusi deconvolution54. Ana → π * puncak satelit sekitar 291.1 EV, sing asring diamati ing conto grafit. Sinyal EV lan 532.5 EV ing level SI 2P lan O 1 s Core Spectra (waca Fig. 4E, F) diwartakake karo landasan SIO2 56. XPS minangka teknik sensitif permukaan, saengga sinyal sing cocog karo Ni lan Sio2 dideteksi sadurunge lan sawise transfer Ngf, masing-masing, dianggep asale saka wilayah FLG. Asil sing padha diamati kanggo conto BS-ngf sing ditransfer (ora ditampilake).
Hasil XPS Niag: (AC) spektrum spektran saka komposisi atom unsur unsur diwasa fs-ngf / ni, lan pindhah FS-NGF / SIO2 / SiO. (D-F) spektrha resolusi dhuwur-resolusi CREE C 1 S, o 1s lan si 2p saka conto FS-NGF / SiO2 / SI.
Kualitas sakabèhé saka kristal NGF ditaksir kanthi nggunakake sebagian x-ray (XRD). Pola XRD khas (Gambar. Si8) ditransfer FS- lan BS-NGF / Sio2 / SiO2 / SiO2 / SiOl nuduhake puncak diffasil aksi (0 0 0 4) tanggal 26,6 °, padha karo grafit. Waca rangkeng-. Iki negesake kualitas kristal ing ngf lan cocog karo jarak interlayer D = 0.335 nm, sing dijaga sawise langkah transfer kasebut. Intensitas puncak bedane (0 0 0 2) kira-kira 30 kaping puncak bedha (0 0 0 4), nuduhake manawa pesawat kristal NGF wis didadekake siji karo permukaan conto.
Miturut asil saka SEM, spektroskopi raman, XPS lan XRD, kualitas BS-NGF / NI, sanajan ana FS-NGF luwih dhuwur (tokoh SI2, lan SI7).
Sligs karo lapisan dhukungan polimer nganti 200 nm kandel bisa ngambang ing banyu. Persiyapan iki umume digunakake ing udan transfer kimia sing diwaca dening polimer22,38. Graphene lan grafit yaiku hidrofobik (udan udan 80-90 °) 57. Lumahing energi potensial saka loro graphene lan flg wis dilaporake cukup rata, kanthi energi potensial sing kurang (~ 1 kJ / mol) kanggo gerakan banyu mengko ing Surfare58. Nanging, energi interaksi sing diitung karo graphene lan telung lapisan graphene kira-kira - 13 lan - 15 kJ / mol, 58 masing-masing, nuduhake manawa 38 lapisan) luwih murah dibandhingake karo graphene. Iki bisa uga minangka salah sawijining sebab kenapa freestanding ngf tetep warata ing permukaan banyu, nalika graphene Freestanding (sing ngambang ing banyu) curls munggah lan mudhun. Nalika ngf ditempelake ing banyu (asil padha kanggo atos lan rata Ngf), sudhut bend (Gambar SI4). Ing kasus cemara lengkap, samesthine energi interaksi NGF-banyu meh tikel (dibandhingake ngambang NGF) lan manawa sudhut Ngf kanggo njaga sudut kontak dhuwur (hydrophobicity). Kita yakin manawa strategi bisa dikembangake supaya ora ngguruh sudhut Ngfs. One pendekatan yaiku nggunakake pelarut campuran kanggo modulasi reaksi wetter saka Film Grafis59.
Transfer SLG menyang macem-macem jinis substrat liwat proses transfer kimia sing teles sadurunge dilaporake sadurunge dilaporake. Umume ditampa manawa pasukan waota van Der sing ringkih ing antarane graphene / films lan substrat (dadi substrat sing kaku kayata sic38, au42, 34 utawa substrat sing fleksibel kayata polyimide 37). Ing kene kita nganggep manawa interaksi jinis sing padha. Kita ora mirsani karusakan utawa peeling ing NGF kanggo sembarang substrat sing disedhiyakake ing nangani mekanik (sajrone nangani mekanik (sajrone nangani mekanik (sajrone karakterisasi) utawa sajrone simpenan (kayata, tokoh 2, sI7 lan si9). Kajaba iku, kita ora mirsani pucuk sicik ing XPS C 1 S spektrum tingkat inti ing conto NGF / Sio2 / Si (Gambar 4). Asil kasebut nuduhake manawa ora ana ikatan kimia ing antarane NGF lan Substrat Target.
Ing bagean sadurunge, "transfer bebas polimer FS- lan bs-ngf," Kita nuduhake manawa NGF bisa tuwuh lan mindhah loro-lorone foil nikel. FS-NGFS lan Bs-ngfs iki ora padha karo babagan kekerasan permukaan, sing dijaluk kita kanggo njelajah aplikasi sing paling cocog kanggo saben jinis.
Ngelingi transparansi lan permukaan FS-NGF, kita nyinaoni struktur lokal, optik lan listrik sing luwih rinci. Struktur lan struktur FS-NGF tanpa pangayoman polimer ditondoi kanthi imajinasi elektron elektron, lan analisis pola elektron pangaliban (SAED). Asil sing cocog ditampilake ing Gambar 5. Magnification Planar Tem Imaging Ngramal Ngarsane NGF lan FLG Wilayah karo Karakter Kontras Elektronik sing beda-beda, yaiku Darker lan Briret (Fig. 5a). Film sakabèhé nuduhake integritas mekarik lan stabil ing antarane macem-macem wilayah ing NGF lan FLG, kanthi tumpang tindih lan ora dikonfirmasi dening SEM (Gambar 3) lan panelitian Tem sing dhuwur (Gambar 5C-e). Khususé, ing Gambar 5d nuduhake struktur jembatan ing bagean sing paling gedhe (posisi sing ditandhani dening panah sing paling gedhe ing Gambar 5D), sing kalebu lapisan seger kanthi udakara 51. Komposisi kasebut kanthi jarak antarmuka ing 0.33 ± 0,01 nm luwih suda nganti pirang-pirang lapisan graphene ing wilayah sing paling sempit (mburi panah ireng sing solid ing Gambar 5 d).
Gambar planar tem sampel niag polimer ing karbon lacy tembaga tembaga: (a, b) gambar tem sing kurang, (ce) gambar gedhe ing macem-macem wilayah ing macem-macem wilayah sing padha. Panah ijo ing panel A lan C nuduhake area karusakan sajrone alignment balok. (F-I) ing panel A kanggo c, pola saed ing wilayah sing beda dituduhake dening biru, Cyan, oranye, lan bunderan abang.
Struktur pita ing acara 5C nuduhake (ditandhani nganggo panah abang) orientasi vertikal pesawat, sing bisa uga amarga pembentukan nanofold ing film (inset ing angka 5c) amarga keluwihan nyukur stres30,61,62. Ing ngisor tem sing resolusi dhuwur, nanofold kasebut 30 nuduhake orientasi kristal beda tinimbang liyane saka wilayah NGF; Ples basal saka kata kunci grafit kasebut meh vertikal, tinimbang kanthi horisontal kaya film liyane (inset ing Gambar 5C). Kajaba iku, wilayah FLG nampilake linear kaya linear lan sempit kanthi panah biru), sing ditampilake ing kebun lan medhia sing kurang ing angka 5B, masing-masing. Inset ing Gambar 5E negesake anané lapisan graphene loro- lan telung lapisan ing sektor FLG (interplanar jarak 0.33 ± nm sing apik karo asil sadurunge sadurunge. Kajaba iku, gambar Sem Sem polimer-free transfer menyang grid tembaga kanthi film karbon lacy (sawise nindakake pangukuran tem paling dhuwur) ditampilake ing Gambar Si9. Wilayah FLG sing digantung kanthi becik (ditandhani nganggo panah biru) lan wilayah sing rusak ing Gambar Si9f. Panah biru (ing pinggir transfer NGF) kanthi sengaja dibiji kanggo nduduhake manawa wilayah FLG bisa nolak proses transfer tanpa polimer. Ringkesan, gambar-gambar iki konfirmasi manawa sebagian digantung (kalebu wilayah FLG) njaga integritas mekanik sanajan sawise nangani mekanik sanajan bisa nangani vigorous sajrone pangukuran lan Sem (Gambar SEM).
Amarga flatness sing apik banget (pirsani Gambar 5a), ora angel orientasi flakes ing [0001] sumbu domain kanggo nganalisa struktur saed. Gumantung saka kekandelan film lokal lan panggonane, sawetara wilayah kapentingan (12 poin) diidentifikasi kanggo pasinaon bedhah elektron. Ing tokoh 5A-C, papat wilayah khas kasebut ditampilake lan ditandhani nganggo bunderan berwarna (biru, Cyan, oranye, lan warna abang). Tokoh 2 lan 3 kanggo mode SAED. Tokoh 5F lan G dijupuk saka wilayah FLG sing ditampilake ing tokoh 5 lan 5. Kaya sing ditampilake ing tokoh 5B lan C, masing-masing. Dheweke duwe struktur hexagonal sing padha karo Graphene bengkong63. Khususé, angka 5SF nuduhake telung pola superimposed kanthi orientasi zona zona [0001], diputer 10 ° lan 20 °, minangka bukti saka telung pasangan (10-10) refleksi. Kajaba iku, tokoh 5G nuduhake rong pola hexagonal super diputer 20 °. Loro klompok pola hexagonal ing wilayah FLG bisa muncul saka telung pesawat utawa lapisan njaba pesawat graphene 33 sing ana gandhengane karo saben liyane. Beda, pola penyebaran elektron ing Gambar 5h, aku (Cocog karo pola NF sing ditampilake ing tokoh 5A) nuduhake intensitas panyebaran titik sing luwih dhuwur, cocog karo ketebalan bedane. Model saed iki cocog karo struktur grafit sing luwih kandel tinimbang FLG, kaya sing disimpulake saka indeks 64. Ciri saka grapis kristal saka loro utawa telung grafit (utawa graphene) kristal. Sing paling apik banget ing wilayah FLG yaiku kristal duwe level in-tartamtu saka pesawat utawa salah. Partikel / lapisan grafit nganggo rotasi ing pesawat 17 °, 22 ° lan 25 ° sadurunge wis dilaporake sadurunge NGF thukul ing film Ni 64. Nilai sudut rotasi sing diamati ing panliten iki konsisten karo sudut rotasi sing sadurunge (± 1 °) kanggo graphene blg63 bengkong.
Properti listrik ing ngf / sio2 / si diukur ing 300 k liwat area 10 × 3 mm2. Nilai konsentrasi operator elektron, mobilitas lan konduktivitas yaiku 1,6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 lan 2000 s-cm-1, masing-masing. Nilai Mobilitas lan Konduktivitas saka NGF padha karo grafit2 alam sing luwih dhuwur tinimbang grafit sing kasedhiya kanthi komersial sing kasedhiya kanthi komersial (sing diproduksi ing 39000 ° C) 29. Nilai konsentrasi pelacakan elektron sing diamel yaiku rong pesenan gedhene sing luwih dhuwur tinimbang sing dilaporake (7,25 × 10 cm-3) kanggo film grafit mikrat sing disiapake kanthi nggunakake lembar polyimasi 3200 °.
Kita uga nindakake pangukuran transmisi UV sing katon ing FS-NGF Transfer menyang Substrat Kuarsa (Gambar 6). Spektrum asil nuduhake transmisi sing meh 52% ing kisaran 350-800 nm, sing nuduhake yen NGF wis tembus sing katon entheng. Nyatane, jeneng "Kaisy" bisa dideleng ing foto digital sampel ing Gambar 6B. Sanajan struktur nanocrystalline kanggo ora beda karo SLG, jumlah lapisan bisa kira-kira nggunakake aturan penghapusan panel transmisi 2.3% saben lapisan mung tambahan65. Miturut hubungan iki, jumlah lapisan graphene kanthi kilogram transmisi 38% yaiku 21. Tanduran NM utamane dumadi saka 300 lapisan graphene, yaiku udakara 100 nm lan si7). Mula, kita nganggep manawa transparan optik sing diamati cocog karo wilayah FLG lan MLG, amarga dheweke disebar ing saindenging film (Figs. 1, 3, 5 lan 6C). Saliyane data struktural ing ndhuwur, konduktivitas lan transparansi uga konfirmasi kualitas kristal Tinggi saka transfer.
(a) Pangukuran Transmittance sing katon UV, (b) transfer ngf khas ing kuarza kanthi nggunakake conto wakil. (c) Skematik saka NGF (kothak gelap) kanthi wilayah FLG lan MLG sing ditandhani minangka wangun kanthi acak abu-abu ing saindenging sampel (deleng tokoh 1) (kira-kira 0.1-3% area saben 100 μm2). Wangun kanthi acak lan ukuran kasebut ing diagram yaiku tujuan ilustrasi lan ora cocog karo wilayah sing nyata.
Translucent NGF thukul dening CVD sadurunge wis pindhah menyang permukaan silikon sing apik lan digunakake ing sel selar15,16. Efisiensi Konversi Daya Asil (PCE) 1,5%. Iki nganakake pirang-pirang fungsi kayata lapisan senyawa aktif, ngisi daya transportasi, lan elektrodrodar15,16 transparan. Nanging, film grafit ora seragam. Optimisasi luwih lengkap perlu kanthi ngontrol tahan tindakan sheet lan transmisi optik elektrode grafit, amarga rong properti kasebut duwe peran penting kanggo nemtokake nilai Pce Cell15,16 solar. Biasane, film graphene yaiku transparan kanthi transparan kanggo katon cahya, nanging duwe ketahanan lembar 200-3000 ohms / sq.16. Rintangan permukaan film graphene bisa dikurangi kanthi nambah jumlah lapisan (macem-macem transfer saka graphene lapisan) lan doping karo HNO3 (~ 30 ohm / sq. Nanging, proses iki butuh wektu sing suwe lan lapisan transfer sing beda ora mesthi njaga kontak sing apik. Sisih ngarep NGF duwe sifat kayata konduktivitas 2000 S / cm, tahan besar film 50 ohm / sq. Lan transparansi 62%, nggawe alternatif sing apik kanggo saluran konduktivitas utawa keentang elektrods ing solar sel17,16.
Sanajan struktur lan bahan kimia lumahing BS-NGF padha karo FS-NGF, kasar beda-beda ("wutah FS- lan bs-ngf"). Biyen, kita nggunakake grafit22 ultra tipis minangka sensor gas. Mula, kita nyoba kemungkinan nggunakake BS-NGF kanggo tugas sensing gas (Gambar SI10). Kaping pisanan, bagean BS-NGF ukuran mm2-ngf ditransfer menyang chip sensor Elendigitating (Gambar Si10A-C). Rincian pabrik chip sadurunge dilaporake; Wilayah sensitif aktif yaiku 9 MM267. Ing gambar Sem (Gambar Si10b lan C), Electrode Emas sing ndasari kanthi cetha katon liwat ing NGF. Maneh, bisa dideleng manawa jangkoan chip seragam diraih kanggo kabeh conto. Pangukuran Sensor Gas kanggo macem-macem gas dicathet (Gambar. SI10D) (Fig. Si11) lan tarif tanggapan sing diasilake dituduhake ing ara-ara. SI10G. Kamungkinan karo gas interfering liyane kalebu so2 (200 ppm), h2 (2%), ch4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm). Sabab bisa uga yaiku NO2. Sifat elektrofilik saka Gas22,68. Nalika adsorbed ing permukaan graphene, nyuda penyerapan elektron saiki dening sistem kasebut. Perbandingan data wektu nanggepi sensor BS-NGF kanthi sensor sing wis diterbitake sadurunge ditampilake ing Tabel SI2. Mekanisme kanggo ngowahi sensor NGF nggunakake plasma UV, O3 plasma utawa termal (50-150 ° C), saenipun diikuti karo implementasine saka Sistem Embedded Systems69.
Sajrone proses CVD, wutah graphene dumadi ing sisih loro landasan katalis41. Nanging, BS-Graphene biasane dikepung sajrone proses transfer kasebut. Ing panliten iki, kita nuduhake manawa transfer ngf Tinggi lan transfer bebas anti polimer bisa digayuh ing loro-lorone dhukungan katalis. BS-NGF luwih tipis (~ 80 nm) tinimbang FS-NGF (~ 100 NM), lan bedane iki diterangake dening kasunyatan manawa BS-NI ora langsung kapapar ing aliran gas prekursor. Kita uga nemokake manawa kasar saka substrat Niar manggen kekurangan kasar kanggo NGF. Asil kasebut nuduhake manawa planar FS-NGF sing wis ditandur bisa digunakake minangka bahan prekursor kanggo graphene (dening metode exfoliasi (dening metode eksfoliasi) utawa minangka saluran konduksi ing sel selarux15,16. Beda, BS-NGF bakal digunakake kanggo deteksi gas (Gambar. System) lan bisa uga kanggo sistem panyimpenan energi71,72 ing ngendi permukaanane permukaan bakal migunani.
Ngelingi ing ndhuwur, migunani kanggo nggabungake karya saiki kanthi film grafit sing wis diterbitake sadurunge CVD lan nggunakake foil Nickel. Kaya sing katon ing tabel 2, tekanan sing luwih dhuwur sing digunakake nyepetake wektu reaksi (tahap wutah) sanajan suhu sing sithik (ing sawetara 850-1300 ° C). Kita uga entuk wutah sing luwih gedhe tinimbang biasane, nuduhake potensial kanggo ekspansi. Ana faktor liya sing kudu dipikirake, sawetara sing kalebu ing meja.
Kualitas Tinggi Tinggi Ganda Tikel kaping pindho ditandur ing nikel foil kanthi cvd katalitik. Kanthi ngilangi substrat polimer tradisional (kayata sing digunakake ing graphene CVD), kita entuk transfer teles sing resik lan cacat kanggo ngf (thukul ing sisih mburi lan sisih ngarep foil) menyang macem-macem substra kritis. Apike, NGF kalebu wilayah FLG lan MLG (biasane 0,1% nganti 3% saben 100 μm2) sing diselehake kanthi struktural menyang film sing luwih tebal. Planar Tem nuduhake manawa wilayah kasebut dumadi saka partikel loro kanggo telung partikel grafit / Graphene (kristal utawa lapisan, masing-masing), sawetara sing duwe kekurangan rotasi 10-20 °. Wilayah FLG lan MLG tanggung jawab kanggo transparansi FS-NGF kanggo katon cahya. Kanggo sheet mburi, bisa ditindakake kanthi podo karo lembar ngarep lan, kaya sing ditampilake, bisa duwe tujuan fungsi (umpamane, kanggo deteksi gas). Pasinaon kasebut migunani banget kanggo nyuda limbah lan biaya ing proses CVD industri.
Umumé, kekandelan rata-rata CVD Ngf ana ing antarane (Keterangan lan Multi-Lapisan) Graphite Graphite Graphite Graphite Graphene. Kisaran sifat sing menarik, digabungake karo metode sing gampang sing wis dikembangake kanggo produksi lan transportasi, nggawe film kasebut cocog kanggo aplikasi sing dibutuhake fungsi produksi energi sing saiki digunakake.
Foil nikel nikel 25-μm-tebal (99.5% kesucian, Goodfellowelly) diinstal ing reaktor cvd komersial (AIxtron 4 inci BMPRO). Sistem kasebut diresiki karo Argon lan dievakuasi tekanan dhasar 10-3 Mbar. Banjur foil Nickel diselehake. Ing ar / h2 (Sawise pre-annealing foil ni 5 menit, foil kasebut kapapar tekanan 500 mbar ing ngisor 7 ° C / 3) ing 5 ° C / 3) ing suhu 5 °.
Morfologi lumahing sampel kasebut dibantah dening SEM nggunakake mikroscope merline (1 KV, 50 PA). Surat kasar lan ngilangi kekandelan ngf diukur nggunakake AFM (dimensi lambang spm, bruker). Pangukuran Tem lan Saed ditindakake kanthi nggunakake mikroskop Fei Titan 80-000 dilengkapi gun emisi lapangan sing dhuwur (300 KV), Monochromator Tipe Fei Wien lan CEO Wien Type lan CEO Lens lensa Aaber. Résolusi Spasial 0.09 nm. Sampel ngf ditransfer menyang Grid Tembaga Carbon Lacy kanggo imaging imaging sing rata lan analisis struktur. Dadi, umume conto flocs digantungake ing pori membran sing ndhukung. Sampel Transfer Nganalisa dianalisa xrd. Pola Penyebaran X-Ray dipikolehi nggunakake bedah (breker, D2 phase shefter kanthi sumber, 1.5418 lan lynxeye detector) nggunakake sumber radiasi sing nganggo 3 mm.
Sawetara pangukuran raan titik direkam nggunakake mikroskop sing nggabungake (Alpha 300 Ra, Witec). Laser 532 NM kanthi kekuwatan eksitasi sing kurang (25%) digunakake kanggo nyegah efek sing gampang diabarke. X-ray fotoelection spectroscopy (XPS) ditindakake ing spektrometer ultra saka kratos ing area conto 300 × 700 μm (Hν = 1486.6 Spectra sing dipikolehi) kanthi nggunakake energi transmisi 160 lan 20 EV, masing-masing. Sampel ngf ditransfer menyang Sio2 dipotong dadi potongan (3 × 10 mm2 saben) nggunakake laser plopter (1.06 μm serat YTTterMW (50 μm tebal (50 μm tebal) digawe tempel perak (mikroskop optik. Eksperimen eksperiminasi lan ebook hall ditindakake ing conto kasebut ing 300 k lan variasi lapangan magnetik saka ± 9 Teesla ing sistem pangukuran sifat fisik (PPMS Evercool-II, USA). Ngirim Spektrha UV-vis direkam nggunakake Spectrophotometer UV-Vis ing 350-800 NM NGF sing ditransfer menyang Substrat Kuarsa lan Quartz conto.
Sensor tahan kimia (chip Electrode interdigitated) nganggo papan sirkuit sing dicithak khusus 73 lan resistensi kasebut bisa dijupuk kanthi cepet. Papan sirkuit sing dicithak ing piranti kasebut ing piranti kontak lan dilebokake ing njero ruangan sensasi gas 74. Pangukuran tahan dijupuk ing voltase 1 v kanthi scan sing terus-terusan saka purger lan banjur ngresiki maneh. Kamar wiwitane di resiki kanthi ngresiki karo nitrogen ing 200 cm3 sajrone 1 jam kanggo njamin mbusak kabeh analis liyane sing ana ing kamar, kalebu kelembapan. Analis individu banjur alon-alon dibebasake menyang kamar ing tingkat aliran sing padha 200 CM3 kanthi nutup silinder N2.
Versi sing diowahi artikel iki wis diterbitake lan bisa diakses liwat link ing sisih ndhuwur artikel.
Inagaki, M. lan Kang, F. Karyawan Matori Ilmu lan Teknik Karbon: Dasar dhasar. Edisi kapindho diowahi. 2014. 542.
Pearson, ho karbon karbon, grafit, berlian lan fulleres: Properties, Processing lan Aplikasi. Edisi pisanan wis diowahi. 1994, New Jersey.
Tsai, W. et al. Film multibilayer wilayah akeh / grafit sing akeh minangka elektrods konduksi tipis tipis transparan. Aplikasi. Fisika. Wright. 95 (12), 123115 (2009).
Sifat termal balandin aa saka graphene lan bahan karbon nanostruktur. NAT. Mat. 10 (8), 569-581 (2011).
Cheng ky, coklat pw lan cahill dg konduktivitas termal saka film grafit sing thukul ing ni (111) dening pemendangan uap kimia suhu sing suhu suhu sithik. Adverb. Mat. Antarmuka 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Pertumbuhan film graphene kanthi pendhudhukan uap kimia. Aplikasi. Fisika. Wright. 98 (13), 133106 (2011).
Wektu Pos: Aug-23-2024