ការដាំដុះខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតថ្លាលើ Ni និងការផ្ទេរដោយគ្មានប៉ូលីមែរទ្វេផ្លូវរបស់វា

សូមអរគុណសម្រាប់ការចូលមើលគេហទំព័រ Nature.com។ កំណែកម្មវិធីរុករកដែលអ្នកកំពុងប្រើមានការគាំទ្រ CSS មានកំណត់។ ដើម្បីទទួលបានលទ្ធផលល្អបំផុត យើងសូមណែនាំឱ្យអ្នកប្រើកំណែថ្មីជាងនៃកម្មវិធីរុករករបស់អ្នក (ឬបិទរបៀបឆបគ្នានៅក្នុង Internet Explorer)។ ទន្ទឹមនឹងនេះ ដើម្បីធានាបាននូវការគាំទ្រជាបន្តបន្ទាប់ យើងកំពុងបង្ហាញគេហទំព័រដោយមិនចាំបាច់រចនាបថ ឬ JavaScript ទេ។
ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតណាណូ (NGFs) គឺជាសម្ភារៈណាណូដ៏រឹងមាំ ដែលអាចផលិតបានដោយការដាក់ចំហាយគីមីកាតាលីករ ប៉ុន្តែសំណួរនៅតែមានអំពីភាពងាយស្រួលនៃការផ្ទេររបស់វា និងរបៀបដែលរូបរាងផ្ទៃប៉ះពាល់ដល់ការប្រើប្រាស់របស់វានៅក្នុងឧបករណ៍ជំនាន់ក្រោយ។ នៅទីនេះ យើងរាយការណ៍ពីការលូតលាស់របស់ NGF នៅសងខាងនៃបន្ទះនីកែលពហុគ្រីស្តាលីន (ផ្ទៃ 55 សង់ទីម៉ែត្រការ៉េ កម្រាស់ប្រហែល 100 nm) និងការផ្ទេរដោយគ្មានប៉ូលីមែររបស់វា (ផ្នែកខាងមុខ និងខាងក្រោយ ផ្ទៃរហូតដល់ 6 សង់ទីម៉ែត្រការ៉េ)។ ដោយសារតែរូបរាងនៃបន្ទះកាតាលីករ ខ្សែភាពយន្តកាបូនទាំងពីរមានភាពខុសគ្នានៅក្នុងលក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្តរបស់វា និងលក្ខណៈផ្សេងទៀត (ដូចជាភាពរដុបនៃផ្ទៃ)។ យើងបង្ហាញថា NGFs ដែលមានផ្នែកខាងក្រោយរដុបជាងគឺស័ក្តិសមសម្រាប់ការរកឃើញ NO2 ខណៈពេលដែល NGFs ដែលរលោង និងមានចរន្តអគ្គិសនីច្រើនជាងនៅផ្នែកខាងមុខ (2000 S/cmការ៉េ ភាពធន់នឹងសន្លឹក - 50 ohms/m2) អាចជាចរន្តអគ្គិសនីដែលអាចអនុវត្តបាន។ ឆានែល ឬអេឡិចត្រូតនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ (ព្រោះវាបញ្ជូនពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ 62%)។ ជារួម ដំណើរការលូតលាស់ និងដឹកជញ្ជូនដែលបានពិពណ៌នាអាចជួយឱ្យ NGF ក្លាយជាសម្ភារៈកាបូនជំនួសសម្រាប់កម្មវិធីបច្ចេកវិទ្យាដែលខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតក្រាស់មីក្រូនមិនសមស្រប។
ក្រាហ្វីតគឺជាសម្ភារៈឧស្សាហកម្មដែលប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយ។ ជាពិសេស ក្រាហ្វីតមានលក្ខណៈសម្បត្តិនៃដង់ស៊ីតេម៉ាស់ទាប និងចរន្តកំដៅ និងអគ្គិសនីខ្ពស់ក្នុងប្លង់ ហើយមានស្ថេរភាពខ្លាំងនៅក្នុងបរិយាកាសកម្ដៅ និងគីមីដ៏អាក្រក់1,2។ ក្រាហ្វីតបន្ទះគឺជាសម្ភារៈចាប់ផ្តើមដ៏ល្បីសម្រាប់ការស្រាវជ្រាវក្រាហ្វីន3។ នៅពេលកែច្នៃទៅជាខ្សែភាពយន្តស្តើង វាអាចត្រូវបានប្រើនៅក្នុងកម្មវិធីជាច្រើន រួមទាំងឧបករណ៍ផ្ទុកកំដៅសម្រាប់ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចដូចជាស្មាតហ្វូន4,5,6,7 ជាសម្ភារៈសកម្មនៅក្នុងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា8,9,10 និងសម្រាប់ការការពារការជ្រៀតជ្រែកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច11.12 និងខ្សែភាពយន្តសម្រាប់លីចូក្រាហ្វីក្នុងកាំរស្មីអ៊ុលត្រាវីយូឡេខ្លាំង13,14 ឆានែលដឹកនាំនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។ សម្រាប់កម្មវិធីទាំងអស់នេះ វានឹងជាគុណសម្បត្តិយ៉ាងសំខាន់ប្រសិនបើតំបន់ធំៗនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីត (NGFs) ដែលមានកម្រាស់គ្រប់គ្រងក្នុងណាណូ <100 nm អាចត្រូវបានផលិត និងដឹកជញ្ជូនបានយ៉ាងងាយស្រួល។
ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតត្រូវបានផលិតដោយវិធីសាស្រ្តផ្សេងៗ។ ក្នុងករណីមួយ ការបង្កប់ និងការពង្រីក បន្ទាប់មកដោយការបកស្រទាប់ចេញ ត្រូវបានប្រើដើម្បីផលិតបន្ទះក្រាហ្វីន10,11,17។ បន្ទះទាំងនោះត្រូវតែត្រូវបានកែច្នៃបន្ថែមទៀតទៅជាខ្សែភាពយន្តដែលមានកម្រាស់ដែលត្រូវការ ហើយជារឿយៗវាត្រូវចំណាយពេលច្រើនថ្ងៃដើម្បីផលិតសន្លឹកក្រាហ្វីតក្រាស់។ វិធីសាស្រ្តមួយទៀតគឺចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងសារធាតុបឋមរឹងដែលអាចក្រាហ្វីតបាន។ នៅក្នុងឧស្សាហកម្ម សន្លឹកប៉ូលីមែរត្រូវបានកាបូន (នៅសីតុណ្ហភាព 1000–1500 °C) ហើយបន្ទាប់មកក្រាហ្វីត (នៅសីតុណ្ហភាព 2800–3200 °C) ដើម្បីបង្កើតជាសម្ភារៈស្រទាប់ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធល្អ។ ទោះបីជាគុណភាពនៃខ្សែភាពយន្តទាំងនេះខ្ពស់ក៏ដោយ ការប្រើប្រាស់ថាមពលគឺមានសារៈសំខាន់1,18,19 ហើយកម្រាស់អប្បបរមាត្រូវបានកំណត់ត្រឹមមីក្រូនមួយចំនួន1,18,19,20។
ការដាក់ស្រទាប់​ចំហាយ​គីមី​កាតាលីករ (CVD) គឺជាវិធីសាស្ត្រ​ដ៏ល្បីមួយសម្រាប់ផលិតខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតស្តើងបំផុត (<10 nm) ដែលមានគុណភាពរចនាសម្ព័ន្ធខ្ពស់ និងតម្លៃសមរម្យ21,22,23,24,25,26,27។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងការលូតលាស់នៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតស្តើងបំផុត28 ការលូតលាស់ក្នុងតំបន់ធំ និង/ឬការអនុវត្ត NGF ដោយប្រើ CVD គឺកាន់តែមិនសូវត្រូវបានរុករកទេ11,13,29,30,31,32,33។
ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតដែលដាំដុះដោយ CVD ជារឿយៗត្រូវការផ្ទេរទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានមុខងារ34។ ការផ្ទេរខ្សែភាពយន្តស្តើងទាំងនេះពាក់ព័ន្ធនឹងវិធីសាស្រ្តសំខាន់ពីរ35៖ (1) ការផ្ទេរមិនឆ្លាក់36,37 និង (2) ការផ្ទេរគីមីសើមដែលមានមូលដ្ឋានលើការឆ្លាក់ (ស្រទាប់ខាងក្រោមដែលគាំទ្រ)14,34,38។ វិធីសាស្រ្តនីមួយៗមានគុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិមួយចំនួន ហើយត្រូវតែជ្រើសរើសអាស្រ័យលើកម្មវិធីដែលបានគ្រោងទុក ដូចដែលបានពិពណ៌នានៅកន្លែងផ្សេង35,39។ សម្រាប់ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន/ក្រាហ្វីតដែលដាំដុះនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមកាតាលីករ ការផ្ទេរតាមរយៈដំណើរការគីមីសើម (ដែលប៉ូលីមេទីលមេតាគ្រីឡាត (PMMA) គឺជាស្រទាប់ទ្រទ្រង់ដែលប្រើជាទូទៅបំផុត) នៅតែជាជម្រើសដំបូង13,30,34,38,40,41,42។ អ្នក និងអ្នកដទៃទៀត វាត្រូវបានលើកឡើងថាមិនមានប៉ូលីមែរណាមួយត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការផ្ទេរ NGF (ទំហំគំរូប្រហែល 4 សង់ទីម៉ែត្រ2)25,43 ប៉ុន្តែមិនមានព័ត៌មានលម្អិតណាមួយត្រូវបានផ្តល់ឱ្យទាក់ទងនឹងស្ថេរភាពគំរូ និង/ឬការគ្រប់គ្រងក្នុងអំឡុងពេលផ្ទេរនោះទេ។ ដំណើរការគីមីសើមដោយប្រើប៉ូលីមែរមានជំហានជាច្រើន រួមទាំងការអនុវត្ត និងការដកចេញជាបន្តបន្ទាប់នៃស្រទាប់ប៉ូលីមែរបូជា30,38,40,41,42។ ដំណើរការនេះមានគុណវិបត្តិ៖ ឧទាហរណ៍ សំណល់ប៉ូលីមែរអាចផ្លាស់ប្តូរលក្ខណៈសម្បត្តិនៃខ្សែភាពយន្តដែលដាំដុះ38។ ដំណើរការបន្ថែមអាចយកសំណល់ប៉ូលីមែរចេញ ប៉ុន្តែជំហានបន្ថែមទាំងនេះបង្កើនថ្លៃដើម និងពេលវេលានៃការផលិតខ្សែភាពយន្ត38,40។ ក្នុងអំឡុងពេលលូតលាស់ CVD ស្រទាប់ក្រាហ្វីនត្រូវបានដាក់មិនត្រឹមតែនៅផ្នែកខាងមុខនៃបន្ទះកាតាលីករ (ផ្នែកដែលប្រឈមមុខនឹងលំហូរចំហាយទឹក) ប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងនៅផ្នែកខាងក្រោយរបស់វាផងដែរ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ស្រទាប់ចុងក្រោយត្រូវបានចាត់ទុកថាជាផលិតផលកាកសំណល់ ហើយអាចត្រូវបានយកចេញយ៉ាងឆាប់រហ័សដោយប្លាស្មាទន់38,41។ ការកែច្នៃខ្សែភាពយន្តនេះឡើងវិញអាចជួយបង្កើនទិន្នផល ទោះបីជាវាមានគុណភាពទាបជាងខ្សែភាពយន្តកាបូនមុខក៏ដោយ។
នៅទីនេះ យើងរាយការណ៍ពីការរៀបចំការលូតលាស់ទ្វេមុខនៃ NGF ខ្នាត wafer ជាមួយនឹងគុណភាពរចនាសម្ព័ន្ធខ្ពស់លើបន្ទះនីកែល polycrystalline ដោយ CVD។ វាត្រូវបានវាយតម្លៃពីរបៀបដែលភាពរដុបនៃផ្នែកខាងមុខ និងខាងក្រោយនៃបន្ទះនេះប៉ះពាល់ដល់រូបរាង និងរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ NGF។ យើងក៏បង្ហាញពីការផ្ទេរ NGF ដែលមិនមានប៉ូលីមែរដែលមានប្រសិទ្ធភាពចំណាយ និងមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថានពីភាគីទាំងពីរនៃបន្ទះនីកែលទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមពហុមុខងារ និងបង្ហាញពីរបៀបដែលខ្សែភាពយន្តខាងមុខ និងខាងក្រោយសមស្របសម្រាប់កម្មវិធីផ្សេងៗ។
ផ្នែកខាងក្រោមពិភាក្សាអំពីកម្រាស់ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតផ្សេងៗគ្នាអាស្រ័យលើចំនួនស្រទាប់ក្រាហ្វីនដែលដាក់ជាស្រទាប់ៗ៖ (i) ក្រាហ្វីនស្រទាប់តែមួយ (SLG, 1 ស្រទាប់), (ii) ក្រាហ្វីនស្រទាប់តិចតួច (FLG, < 10 ស្រទាប់), (iii) ក្រាហ្វីនស្រទាប់ច្រើន (MLG, 10-30 ស្រទាប់) និង (iv) NGF (~300 ស្រទាប់)។ កម្រាស់ចុងក្រោយនេះគឺជាកម្រាស់ទូទៅបំផុតដែលបង្ហាញជាភាគរយនៃផ្ទៃក្រឡា (ប្រហែល 97% ផ្ទៃក្រឡាក្នុង 100 µm2)30។ នោះហើយជាមូលហេតុដែលខ្សែភាពយន្តទាំងមូលត្រូវបានគេហៅថា NGF។
បន្ទះនីកែលពហុគ្រីស្តាលីនដែលប្រើសម្រាប់សំយោគខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតមានវាយនភាពខុសៗគ្នាជាលទ្ធផលនៃការផលិត និងដំណើរការជាបន្តបន្ទាប់របស់វា។ ថ្មីៗនេះយើងបានរាយការណ៍ពីការសិក្សាមួយដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពដំណើរការលូតលាស់របស់ NGF30។ យើងបង្ហាញថាប៉ារ៉ាម៉ែត្រដំណើរការដូចជាពេលវេលាដុត និងសម្ពាធបន្ទប់ក្នុងដំណាក់កាលលូតលាស់ដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការទទួលបាន NGF ដែលមានកម្រាស់ឯកសណ្ឋាន។ នៅទីនេះ យើងបានស៊ើបអង្កេតបន្ថែមទៀតអំពីការលូតលាស់របស់ NGF នៅលើផ្ទៃខាងមុខប៉ូលា (FS) និងផ្ទៃខាងក្រោយមិនទាន់ប៉ូលា (BS) នៃបន្ទះនីកែល (រូបភាពទី 1a)។ គំរូបីប្រភេទគឺ FS និង BS ត្រូវបានពិនិត្យ ដែលបានរាយក្នុងតារាងទី 1។ នៅពេលត្រួតពិនិត្យដោយមើលឃើញ ការលូតលាស់ឯកសណ្ឋានរបស់ NGF នៅសងខាងនៃបន្ទះនីកែល (NiAG) អាចមើលឃើញដោយការផ្លាស់ប្តូរពណ៌នៃស្រទាប់ខាងក្រោម Ni ភាគច្រើនពីពណ៌ប្រផេះប្រាក់លោហធាតុទៅជាពណ៌ប្រផេះម៉ាត់ (រូបភាពទី 1a)។ ការវាស់វែងមីក្រូទស្សន៍ត្រូវបានបញ្ជាក់ (រូបភាពទី 1b, c)។ វិសាលគមរ៉ាម៉ានធម្មតានៃ FS-NGF ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុងតំបន់ភ្លឺ និងបង្ហាញដោយព្រួញពណ៌ក្រហម ខៀវ និងទឹកក្រូចនៅក្នុងរូបភាពទី 1b ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1c។ កំពូលរ៉ាម៉ានលក្ខណៈនៃក្រាហ្វីត G (1683 cm−1) និង 2D (2696 cm−1) បញ្ជាក់ពីការលូតលាស់នៃ NGF គ្រីស្តាល់ខ្ពស់ (រូបភាពទី 1c តារាង SI1)។ នៅទូទាំងខ្សែភាពយន្ត ភាពលេចធ្លោនៃវិសាលគមរ៉ាម៉ានដែលមានសមាមាត្រអាំងតង់ស៊ីតេ (I2D/IG) ~0.3 ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញ ខណៈពេលដែលវិសាលគមរ៉ាម៉ានដែលមាន I2D/IG = 0.8 ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញកម្រណាស់។ អវត្តមាននៃកំពូលដែលមានបញ្ហា (D = 1350 cm-1) នៅក្នុងខ្សែភាពយន្តទាំងមូលបង្ហាញពីគុណភាពខ្ពស់នៃការលូតលាស់ NGF។ លទ្ធផលរ៉ាម៉ានស្រដៀងគ្នានេះត្រូវបានទទួលលើគំរូ BS-NGF (រូបភាព SI1 a និង b តារាង SI1)។
ការប្រៀបធៀប NiAG FS- និង BS-NGF៖ (ក) រូបថតនៃគំរូ NGF ធម្មតា (NiAG) ដែលបង្ហាញពីការលូតលាស់ NGF នៅមាត្រដ្ឋាន wafer (55 cm2) និងគំរូសន្លឹក BS- និង FS-Ni លទ្ធផល (ខ) រូបភាព FS-NGF/ Ni ដែលទទួលបានដោយមីក្រូទស្សន៍អុបទិក (គ) វិសាលគមរ៉ាម៉ានធម្មតាដែលបានកត់ត្រានៅទីតាំងផ្សេងៗគ្នានៅក្នុងបន្ទះ b (ឃ, ច) រូបភាព SEM នៅការពង្រីកផ្សេងៗគ្នាលើ FS-NGF/Ni (ង, ឆ) រូបភាព SEM នៅការពង្រីកផ្សេងៗគ្នា កំណត់ BS-NGF/Ni។ ព្រួញពណ៌ខៀវបង្ហាញពីតំបន់ FLG ព្រួញពណ៌ទឹកក្រូចបង្ហាញពីតំបន់ MLG (នៅជិតតំបន់ FLG) ព្រួញពណ៌ក្រហមបង្ហាញពីតំបន់ NGF និងព្រួញពណ៌ស្វាយបង្ហាញពីផ្នត់។
ដោយសារការលូតលាស់អាស្រ័យលើកម្រាស់នៃស្រទាប់ខាងក្រោមដំបូង ទំហំគ្រីស្តាល់ ទិសដៅ និងព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ ការសម្រេចបាននូវការគ្រប់គ្រងកម្រាស់ NGF សមហេតុផលលើផ្ទៃធំៗនៅតែជាបញ្ហាប្រឈម20,34,44។ ការសិក្សានេះបានប្រើប្រាស់ខ្លឹមសារដែលយើងបានបោះពុម្ពផ្សាយពីមុន30។ ដំណើរការនេះបង្កើតតំបន់ភ្លឺពី 0.1 ទៅ 3% ក្នុង 100 µm230។ នៅក្នុងផ្នែកខាងក្រោម យើងបង្ហាញលទ្ធផលសម្រាប់តំបន់ទាំងពីរប្រភេទ។ រូបភាព SEM ពង្រីកខ្ពស់បង្ហាញពីវត្តមាននៃតំបន់កម្រិតពណ៌ភ្លឺជាច្រើននៅលើភាគីទាំងសងខាង (រូបភាពទី 1f,g) ដែលបង្ហាញពីវត្តមាននៃតំបន់ FLG និង MLG30,45។ នេះក៏ត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយការខ្ចាត់ខ្ចាយ Raman (រូបភាពទី 1c) និងលទ្ធផល TEM (ពិភាក្សានៅពេលក្រោយនៅក្នុងផ្នែក "FS-NGF: រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ")។ តំបន់ FLG និង MLG ដែលត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅលើគំរូ FS- និង BS-NGF/Ni (NGF ខាងមុខ និងខាងក្រោយដែលដាំដុះលើ Ni) អាចបានដាំដុះលើគ្រាប់ Ni(111) ធំៗដែលបង្កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលមុនការដុត22,30,45។ ការបត់ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅសងខាង (រូបភាពទី 1b ដែលសម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ស្វាយ)។ ផ្នត់ទាំងនេះច្រើនតែត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតដែលដាំដុះដោយ CVD ដោយសារតែភាពខុសគ្នាខ្លាំងនៃមេគុណនៃការពង្រីកកម្ដៅរវាងក្រាហ្វីត និងស្រទាប់នីកែល 30,38។
រូបភាព AFM បានបញ្ជាក់ថា គំរូ FS-NGF មានរាងសំប៉ែតជាងគំរូ BS-NGF (រូបភាព SI1) (រូបភាព SI2)។ តម្លៃរដុបមធ្យមការ៉េ (RMS) នៃ FS-NGF/Ni (រូបភាព SI2c) និង BS-NGF/Ni (រូបភាព SI2d) គឺ 82 និង 200 nm រៀងគ្នា (វាស់វែងលើផ្ទៃដី 20 × 20 μm2)។ ភាពរដុបខ្ពស់ជាងនេះអាចយល់បានដោយផ្អែកលើការវិភាគផ្ទៃនៃសន្លឹកនីកែល (NiAR) ក្នុងស្ថានភាពដូចដែលបានទទួល (រូបភាព SI3)។ រូបភាព SEM នៃ FS និង BS-NiAR ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព SI3a–d ដែលបង្ហាញពីរូបរាងផ្ទៃផ្សេងៗគ្នា៖ សន្លឹក FS-Ni ដែលប៉ូលាមានភាគល្អិតស្វ៊ែរទំហំណាណូ និងមីក្រូន ខណៈពេលដែលសន្លឹក BS-Ni ដែលមិនទាន់ប៉ូលាបង្ហាញជណ្ដើរផលិតកម្ម។ ជាភាគល្អិតដែលមានកម្លាំងខ្ពស់។ និងធ្លាក់ចុះ។ រូបភាពដែលមានគុណភាពបង្ហាញទាប និងខ្ពស់នៃសន្លឹកនីកែលដែលបានកម្តៅ (NiA) ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព SI3e–h។ នៅក្នុងតួលេខទាំងនេះ យើងអាចសង្កេតឃើញវត្តមាននៃភាគល្អិតនីកែលទំហំមីក្រូនជាច្រើននៅលើភាគីទាំងសងខាងនៃបន្ទះនីកែល (រូបភាព SI3e–h)។ គ្រាប់ធំៗអាចមានទិសដៅផ្ទៃ Ni(111) ដូចដែលបានរាយការណ៍ពីមុន30,46។ មានភាពខុសគ្នាគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៅក្នុងរូបរាងបន្ទះនីកែលរវាង FS-NiA និង BS-NiA។ ភាពរដុបខ្ពស់នៃ BS-NGF/Ni គឺដោយសារតែផ្ទៃមិនទាន់ប៉ូលារបស់ BS-NiAR ដែលផ្ទៃរបស់វានៅតែរដុបគួរឱ្យកត់សម្គាល់សូម្បីតែបន្ទាប់ពីការដុត (រូបភាព SI3)។ ការកំណត់លក្ខណៈផ្ទៃប្រភេទនេះមុនពេលដំណើរការលូតលាស់អនុញ្ញាតឱ្យភាពរដុបនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតត្រូវបានគ្រប់គ្រង។ គួរកត់សម្គាល់ថាស្រទាប់ខាងក្រោមដើមបានឆ្លងកាត់ការរៀបចំគ្រាប់ឡើងវិញមួយចំនួនក្នុងអំឡុងពេលលូតលាស់ក្រាហ្វីន ដែលបានបន្ថយទំហំគ្រាប់បន្តិច និងបង្កើនភាពរដុបនៃផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោមបន្តិចបើប្រៀបធៀបទៅនឹងបន្ទះហ្វីល និងខ្សែភាពយន្តកាតាលីករដែលបានដុត22។
ការលៃតម្រូវភាពរដុបនៃផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោម ពេលវេលាដុត (ទំហំគ្រាប់)30,47 និងការគ្រប់គ្រងការបញ្ចេញ43 នឹងជួយកាត់បន្ថយឯកសណ្ឋានកម្រាស់ NGF ក្នុងតំបន់ទៅមាត្រដ្ឋាន µm2 និង/ឬសូម្បីតែ nm2 (ឧ. ការប្រែប្រួលកម្រាស់នៃណាណូម៉ែត្រមួយចំនួន)។ ដើម្បីគ្រប់គ្រងភាពរដុបនៃផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោម វិធីសាស្ត្រដូចជាការប៉ូលាអេឡិចត្រូលីតនៃបន្ទះនីកែលលទ្ធផលអាចត្រូវបានពិចារណា48។ បន្ទះនីកែលដែលបានព្យាបាលជាមុនអាចត្រូវបានដុតនៅសីតុណ្ហភាពទាបជាង (< 900 °C)46 និងពេលវេលា (< 5 នាទី) ដើម្បីជៀសវាងការបង្កើតគ្រាប់ Ni(111) ធំៗ (ដែលមានប្រយោជន៍សម្រាប់ការលូតលាស់ FLG)។
ក្រាហ្វីន SLG និង FLG មិនអាចទប់ទល់នឹងភាពតានតឹងផ្ទៃនៃអាស៊ីត និងទឹកបានទេ ដោយតម្រូវឱ្យមានស្រទាប់ទ្រទ្រង់មេកានិចក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការផ្ទេរគីមីសើម22,34,38។ ផ្ទុយពីការផ្ទេរគីមីសើមនៃក្រាហ្វីនស្រទាប់តែមួយដែលទ្រទ្រង់ដោយប៉ូលីមែរ38 យើងបានរកឃើញថាភាគីទាំងសងខាងនៃ NGF ដែលលូតលាស់អាចត្រូវបានផ្ទេរដោយគ្មានការគាំទ្រប៉ូលីមែរ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2a (សូមមើលរូបភាព SI4a សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម)។ ការផ្ទេរ NGF ទៅកាន់ស្រទាប់ខាងក្រោមដែលបានផ្តល់ឱ្យចាប់ផ្តើមដោយការឆ្លាក់សើមនៃខ្សែភាពយន្ត Ni30.49 ខាងក្រោម។ គំរូ NGF/Ni/NGF ដែលលូតលាស់ត្រូវបានដាក់ពេញមួយយប់ក្នុង 15 មីលីលីត្រនៃ HNO3 70% ដែលពនលាយជាមួយទឹក deionized (DI) 600 មីលីលីត្រ។ បន្ទាប់ពីសន្លឹក Ni ត្រូវបានរំលាយទាំងស្រុង FS-NGF នៅតែរាបស្មើ និងអណ្តែតលើផ្ទៃនៃអង្គធាតុរាវ ដូចជាគំរូ NGF/Ni/NGF ដែរ ខណៈពេលដែល BS-NGF ត្រូវបានជ្រមុជក្នុងទឹក (រូបភាពទី 2a,b)។ បន្ទាប់មក NGF ដែលញែកដាច់ពីគ្នាត្រូវបានផ្ទេរពីប៊ីកឺរមួយដែលមានទឹកស្អាតដែលគ្មានអ៊ីយ៉ុងទៅប៊ីកឺរមួយទៀត ហើយ NGF ដែលញែកដាច់ពីគ្នាត្រូវបានលាងសម្អាតឱ្យបានហ្មត់ចត់ ដោយធ្វើម្តងទៀតបួនទៅប្រាំមួយដងតាមរយៈចានកញ្ចក់ប៉ោង។ ជាចុងក្រោយ FS-NGF និង BS-NGF ត្រូវបានដាក់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលចង់បាន (រូបភាពទី 2c)។
ដំណើរការផ្ទេរគីមីសើមដោយគ្មានប៉ូលីមែរសម្រាប់ NGF ដែលដាំដុះលើបន្ទះនីកែល៖ (ក) ដ្យាក្រាមលំហូរដំណើរការ (សូមមើលរូបភាព SI4 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម) (ខ) រូបថតឌីជីថលនៃ NGF ដែលបានបំបែកបន្ទាប់ពីការឆ្លាក់ Ni (គំរូចំនួន 2) (គ) ឧទាហរណ៍ FS – និងការផ្ទេរ BS-NGF ទៅកាន់ស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si (ឃ) ការផ្ទេរ FS-NGF ទៅកាន់ស្រទាប់ខាងក្រោមប៉ូលីមែរស្រអាប់ (ង) BS-NGF ពីគំរូដូចគ្នានឹងបន្ទះ d (បែងចែកជាពីរផ្នែក) ផ្ទេរទៅក្រដាស C ដែលស្រោបដោយមាស និង Nafion (ស្រទាប់ខាងក្រោមថ្លាដែលអាចបត់បែនបាន គែមសម្គាល់ដោយជ្រុងពណ៌ក្រហម)។
ចំណាំថាការផ្ទេរ SLG ដែលអនុវត្តដោយប្រើវិធីសាស្ត្រផ្ទេរគីមីសើមតម្រូវឱ្យមានពេលវេលាដំណើរការសរុបពី 20–24 ម៉ោង38។ ជាមួយនឹងបច្ចេកទេសផ្ទេរដែលគ្មានប៉ូលីមែរដែលបង្ហាញនៅទីនេះ (រូបភាព SI4a) ពេលវេលាដំណើរការផ្ទេរ NGF សរុបត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំង (ប្រហែល 15 ម៉ោង)។ ដំណើរការនេះមាន៖ (ជំហានទី 1) រៀបចំដំណោះស្រាយឆ្លាក់ ហើយដាក់គំរូនៅក្នុងវា (~10 នាទី) បន្ទាប់មករង់ចាំពេញមួយយប់សម្រាប់ការឆ្លាក់ Ni (~7200 នាទី) (ជំហានទី 2) លាងជម្រះជាមួយទឹកដែលគ្មានអ៊ីយ៉ូដ (ជំហានទី 3)។ រក្សាទុកក្នុងទឹកដែលគ្មានអ៊ីយ៉ូដ ឬផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមគោលដៅ (20 នាទី)។ ទឹកដែលជាប់នៅចន្លោះ NGF និងម៉ាទ្រីសភាគច្រើនត្រូវបានយកចេញដោយសកម្មភាព capillary (ដោយប្រើក្រដាស blotting)38 បន្ទាប់មកដំណក់ទឹកដែលនៅសល់ត្រូវបានយកចេញដោយការសម្ងួតធម្មជាតិ (ប្រហែល 30 នាទី) ហើយចុងក្រោយគំរូត្រូវបានសម្ងួតរយៈពេល 10 នាទី។ នាទីនៅក្នុងឡចំហាយខ្យល់ (10–1 mbar) នៅសីតុណ្ហភាព 50–90 °C (60 នាទី)38។
ក្រាហ្វីតត្រូវបានគេដឹងថាអាចទប់ទល់នឹងវត្តមាននៃទឹក និងខ្យល់នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ល្មម (≥ 200 °C)50,51,52។ យើងបានសាកល្បងគំរូដោយប្រើវិសាលគមរ៉ាម៉ាន SEM និង XRD បន្ទាប់ពីរក្សាទុកក្នុងទឹកដែលគ្មានអ៊ីយ៉ូដនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ និងក្នុងដបបិទជិតរយៈពេលពីពីរបីថ្ងៃទៅមួយឆ្នាំ (រូបភាព SI4)។ មិនមានការរិចរិលគួរឱ្យកត់សម្គាល់ទេ។ រូបភាពទី 2c បង្ហាញ FS-NGF និង BS-NGF ដែលឈរដោយឯករាជ្យនៅក្នុងទឹកដែលគ្មានអ៊ីយ៉ូដ។ យើងបានចាប់យកពួកវានៅលើស្រទាប់ SiO2 (300 nm)/Si ដូចបង្ហាញនៅដើមរូបភាពទី 2c។ លើសពីនេះ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2d,e NGF បន្តអាចត្រូវបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ផ្សេងៗដូចជាប៉ូលីមែរ (ប៉ូលីអាមីត Thermabright ពី Nexolve និង Nafion) និងក្រដាសកាបូនស្រោបមាស។ FS-NGF អណ្តែតត្រូវបានដាក់យ៉ាងងាយស្រួលនៅលើស្រទាប់គោលដៅ (រូបភាពទី 2c, d)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ គំរូ BS-NGF ដែលធំជាង 3 cm2 ពិបាកដោះស្រាយនៅពេលដែលជ្រមុជទាំងស្រុងក្នុងទឹក។ ជាធម្មតា នៅពេលដែលពួកវាចាប់ផ្តើមរមៀលក្នុងទឹក ដោយសារតែការដោះស្រាយដោយមិនប្រុងប្រយ័ត្ន ពួកវាជួនកាលបែកជាពីរឬបីផ្នែក (រូបភាពទី 2e)។ ជារួម យើងអាចសម្រេចបាននូវការផ្ទេរ PS- និង BS-NGF ដោយគ្មានប៉ូលីមែរ (ការផ្ទេរដោយរលូនជាបន្តបន្ទាប់ដោយគ្មានការលូតលាស់ NGF/Ni/NGF នៅ 6 សង់ទីម៉ែត្រការ៉េ) សម្រាប់គំរូដែលមានទំហំរហូតដល់ 6 និង 3 សង់ទីម៉ែត្រការ៉េរៀងៗខ្លួន។ បំណែកធំ ឬតូចដែលនៅសល់អាចត្រូវបាន (មើលឃើញយ៉ាងងាយស្រួលនៅក្នុងដំណោះស្រាយឆ្លាក់ ឬទឹកដែលគ្មានអ៊ីយ៉ូដ) លើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលចង់បាន (~1 មីលីម៉ែត្រការ៉េ រូបភាព SI4b សូមមើលគំរូដែលផ្ទេរទៅក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងដូចនៅក្នុង "FS-NGF: រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ (ពិភាក្សា) ក្រោម "រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ") ឬរក្សាទុកសម្រាប់ប្រើប្រាស់នាពេលអនាគត (រូបភាព SI4)។ ដោយផ្អែកលើលក្ខណៈវិនិច្ឆ័យនេះ យើងប៉ាន់ប្រមាណថា NGF អាចត្រូវបានស្តារឡើងវិញក្នុងទិន្នផលរហូតដល់ 98-99% (បន្ទាប់ពីការលូតលាស់សម្រាប់ការផ្ទេរ)។
គំរូផ្ទេរដោយគ្មានប៉ូលីមែរត្រូវបានវិភាគលម្អិត។ លក្ខណៈរូបវិទ្យាផ្ទៃដែលទទួលបានលើ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si (រូបភាពទី 2c) ដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍អុបទិក (OM) និងរូបភាព SEM (រូបភាព SI5 និងរូបភាពទី 3) បានបង្ហាញថាគំរូទាំងនេះត្រូវបានផ្ទេរដោយគ្មានមីក្រូទស្សន៍។ ការខូចខាតរចនាសម្ព័ន្ធដែលអាចមើលឃើញដូចជាស្នាមប្រេះ រន្ធ ឬតំបន់ដែលមិនទាន់រមូរ។ ផ្នត់នៅលើ NGF ដែលកំពុងលូតលាស់ (រូបភាពទី 3b, d ដែលសម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ស្វាយ) នៅតែដដែលបន្ទាប់ពីផ្ទេរ។ FS- និង BS-NGF ទាំងពីរត្រូវបានផ្សំឡើងពីតំបន់ FLG (តំបន់ភ្លឺដែលបង្ហាញដោយព្រួញពណ៌ខៀវក្នុងរូបភាពទី 3)។ គួរឱ្យភ្ញាក់ផ្អើល ផ្ទុយពីតំបន់ខូចខាតមួយចំនួនតូចដែលជាធម្មតាត្រូវបានគេសង្កេតឃើញក្នុងអំឡុងពេលផ្ទេរប៉ូលីមែរនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតស្តើងខ្លាំង តំបន់ FLG និង MLG ទំហំមីក្រូជាច្រើនដែលភ្ជាប់ទៅនឹង NGF (ដែលសម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ខៀវក្នុងរូបភាពទី 3d) ត្រូវបានផ្ទេរដោយគ្មានស្នាមប្រេះ ឬការបាក់ (រូបភាពទី 3d)។ 3). ។ ភាពសុចរិតខាងមេកានិចត្រូវបានបញ្ជាក់បន្ថែមទៀតដោយប្រើរូបភាព TEM និង SEM នៃ NGF ដែលបានផ្ទេរទៅលើក្រឡាចត្រង្គទង់ដែង-កាបូន ដូចដែលបានពិភាក្សានៅពេលក្រោយ (“FS-NGF: រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ”)។ BS-NGF/SiO2/Si ដែលបានផ្ទេរគឺរដុបជាង FS-NGF/SiO2/Si ជាមួយនឹងតម្លៃ rms 140 nm និង 17 nm រៀងគ្នា ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព SI6a និង b (20 × 20 μm2)។ តម្លៃ RMS នៃ NGF ដែលបានផ្ទេរទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si (RMS < 2 nm) គឺទាបជាងយ៉ាងខ្លាំង (ប្រហែល 3 ដង) ជាង NGF ដែលដាំដុះលើ Ni (រូបភាព SI2) ដែលបង្ហាញថាភាពរដុបបន្ថែមអាចត្រូវគ្នាទៅនឹងផ្ទៃ Ni។ លើសពីនេះ រូបភាព AFM ដែលបានអនុវត្តនៅលើគែមនៃគំរូ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si បានបង្ហាញកម្រាស់ NGF 100 និង 80 nm រៀងគ្នា (រូបភាព SI7)។ កម្រាស់តូចជាងនៃ BS-NGF អាចជាលទ្ធផលនៃផ្ទៃមិនត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹងឧស្ម័នបឋម។
NGF ដែលបានផ្ទេរ (NiAG) ដោយគ្មានប៉ូលីមែរលើបន្ទះ SiO2/Si (សូមមើលរូបភាពទី 2c): (ក,ខ) រូបភាព SEM នៃ FS-NGF ដែលបានផ្ទេរ៖ ការពង្រីកទាប និងខ្ពស់ (ដែលត្រូវគ្នានឹងការ៉េពណ៌ទឹកក្រូចនៅក្នុងបន្ទះ)។ តំបន់ធម្មតា) - ក)។ (គ,ឃ) រូបភាព SEM នៃ BS-NGF ដែលបានផ្ទេរ៖ ការពង្រីកទាប និងខ្ពស់ (ដែលត្រូវគ្នានឹងតំបន់ធម្មតាដែលបង្ហាញដោយការ៉េពណ៌ទឹកក្រូចនៅក្នុងបន្ទះ គ)។ (ង,ច) រូបភាព AFM នៃ FS- និង BS-NGF ដែលបានផ្ទេរ។ ព្រួញពណ៌ខៀវតំណាងឱ្យតំបន់ FLG - កម្រិតពណ៌ភ្លឺ ព្រួញពណ៌ខៀវខ្ចី - កម្រិតពណ៌ MLG ពណ៌ខ្មៅ ព្រួញពណ៌ក្រហម - កម្រិតពណ៌ពណ៌ខ្មៅតំណាងឱ្យតំបន់ NGF ព្រួញពណ៌ស្វាយតំណាងឱ្យផ្នត់។
សមាសធាតុគីមីនៃ FS- និង BS-NGF ដែលដាំដុះ និងផ្ទេរត្រូវបានវិភាគដោយវិសាលគមហ្វូតូអេឡិចត្រុងកាំរស្មីអ៊ិច (XPS) (រូបភាពទី 4)។ កំពូលខ្សោយមួយត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុងវិសាលគមដែលវាស់វែង (រូបភាពទី 4a, b) ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោម Ni (850 eV) នៃ FS- និង BS-NGF ដែលដាំដុះ (NiAG)។ មិនមានកំពូលនៅក្នុងវិសាលគមដែលវាស់វែងនៃ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si ដែលបានផ្ទេរទេ (រូបភាពទី 4c; លទ្ធផលស្រដៀងគ្នាសម្រាប់ BS-NGF/SiO2/Si មិនត្រូវបានបង្ហាញទេ) ដែលបង្ហាញថាមិនមានការបំពុល Ni ដែលនៅសេសសល់បន្ទាប់ពីការផ្ទេរនោះទេ។ រូបភាពទី 4d-f បង្ហាញវិសាលគមដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់នៃកម្រិតថាមពល C1s, O1s និង Si2p នៃ FS-NGF/SiO2/Si។ ថាមពលចងនៃ C1s នៃក្រាហ្វីតគឺ 284.4 eV53.54។ រូបរាងលីនេអ៊ែរនៃកំពូលក្រាហ្វីតជាទូទៅត្រូវបានចាត់ទុកថាមិនស៊ីមេទ្រី ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 4d54។ វិសាលគម C1s កម្រិតស្នូលដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ (រូបភាពទី 4d) ក៏បានបញ្ជាក់ពីការផ្ទេរសុទ្ធ (ពោលគឺគ្មានសំណល់ប៉ូលីមែរ) ដែលស្របនឹងការសិក្សាពីមុន38។ ទទឹងបន្ទាត់នៃវិសាលគម C1s នៃគំរូដែលទើបដាំដុះថ្មីៗ (NiAG) និងក្រោយពេលផ្ទេរគឺ 0.55 និង 0.62 eV រៀងគ្នា។ តម្លៃទាំងនេះខ្ពស់ជាង SLG (0.49 eV សម្រាប់ SLG លើស្រទាប់ SiO2)38។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ តម្លៃទាំងនេះគឺតូចជាងទទឹងបន្ទាត់ដែលបានរាយការណ៍ពីមុនសម្រាប់គំរូក្រាហ្វីន pyrolytic ដែលមានទិសដៅខ្ពស់ (~0.75 eV)53,54,55 ដែលបង្ហាញពីអវត្តមាននៃកន្លែងកាបូនដែលមានបញ្ហានៅក្នុងសម្ភារៈបច្ចុប្បន្ន។ វិសាលគមកម្រិតដី C1s និង O1s ក៏ខ្វះស្មាផងដែរ ដែលលុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់ការបំបែកកំពូលដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់54។ មានកំពូលផ្កាយរណប π → π* ប្រហែល 291.1 eV ដែលជារឿយៗត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុងគំរូក្រាហ្វីត។ សញ្ញា 103 eV និង 532.5 eV នៅក្នុងវិសាលគមកម្រិតស្នូល Si 2p និង O 1 s (សូមមើលរូបភាពទី 4e, f) ត្រូវបានសន្មតថាជាស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2 56 រៀងៗខ្លួន។ XPS គឺជាបច្ចេកទេសដែលងាយនឹងប្រតិកម្មនឹងផ្ទៃ ដូច្នេះសញ្ញាដែលត្រូវគ្នាទៅនឹង Ni និង SiO2 ដែលត្រូវបានរកឃើញមុន និងក្រោយការផ្ទេរ NGF រៀងៗខ្លួន ត្រូវបានសន្មតថាមានប្រភពមកពីតំបន់ FLG។ លទ្ធផលស្រដៀងគ្នានេះត្រូវបានគេសង្កេតឃើញសម្រាប់គំរូ BS-NGF ដែលបានផ្ទេរ (មិនបានបង្ហាញ)។
លទ្ធផល NiAG XPS៖ (ac) វិសាលគមស្ទង់មតិនៃសមាសធាតុអាតូមធាតុផ្សេងៗគ្នានៃ FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni ដែលលូតលាស់ និង FS-NGF/SiO2/Si ដែលបានផ្ទេររៀងៗខ្លួន។ (d–f) វិសាលគមដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់នៃកម្រិតស្នូល C1s, O1s និង Si2p នៃគំរូ FS-NGF/SiO2/Si។
គុណភាពរួមនៃគ្រីស្តាល់ NGF ដែលបានផ្ទេរត្រូវបានវាយតម្លៃដោយប្រើការឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិច (XRD)។ លំនាំ XRD ធម្មតា (រូបភាព SI8) នៃ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si ដែលបានផ្ទេរបង្ហាញពីវត្តមាននៃកំពូលឌីផ្រាក់ស្យុង (0 0 0 2) និង (0 0 0 4) នៅមុំ 26.6° និង 54.7° ស្រដៀងនឹងក្រាហ្វីត។ នេះបញ្ជាក់ពីគុណភាពគ្រីស្តាល់ខ្ពស់របស់ NGF ហើយត្រូវគ្នាទៅនឹងចម្ងាយអន្តរស្រទាប់ d = 0.335 nm ដែលត្រូវបានរក្សាបន្ទាប់ពីជំហានផ្ទេរ។ អាំងតង់ស៊ីតេនៃកំពូលឌីផ្រាក់ស្យុង (0 0 0 2) គឺប្រហែល 30 ដងនៃកំពូលឌីផ្រាក់ស្យុង (0 0 0 4) ដែលបង្ហាញថាប្លង់គ្រីស្តាល់ NGF ត្រូវបានតម្រឹមយ៉ាងល្អជាមួយនឹងផ្ទៃគំរូ។
យោងតាមលទ្ធផលនៃការវិភាគ SEM, វិសាលគមរ៉ាម៉ាន, XPS និង XRD គុណភាពនៃ BS-NGF/Ni ត្រូវបានគេរកឃើញថាដូចគ្នាទៅនឹង FS-NGF/Ni ទោះបីជាភាពរដុប rms របស់វាខ្ពស់ជាងបន្តិចក៏ដោយ (រូបភាព SI2, SI5) និង SI7)។
SLG ដែលមានស្រទាប់ទ្រទ្រង់ប៉ូលីមែររហូតដល់កម្រាស់ 200 nm អាចអណ្តែតលើទឹក។ ការរៀបចំនេះត្រូវបានគេប្រើជាទូទៅនៅក្នុងដំណើរការផ្ទេរគីមីសើមដែលមានជំនួយពីប៉ូលីមែរ22,38។ ក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វីតមានលក្ខណៈមិនជ្រាបទឹក (មុំសើម 80–90°)57។ ផ្ទៃថាមពលសក្តានុពលរបស់ក្រាហ្វីន និង FLG ត្រូវបានរាយការណ៍ថាមានរាងសំប៉ែតណាស់ ជាមួយនឹងថាមពលសក្តានុពលទាប (~1 kJ/mol) សម្រាប់ចលនាចំហៀងនៃទឹកនៅលើផ្ទៃ58។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ថាមពលអន្តរកម្មដែលបានគណនានៃទឹកជាមួយក្រាហ្វីន និងស្រទាប់ក្រាហ្វីនបីគឺប្រហែល −13 និង −15 kJ/mol,58 រៀងគ្នា ដែលបង្ហាញថាអន្តរកម្មនៃទឹកជាមួយ NGF (ប្រហែល 300 ស្រទាប់) គឺទាបជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងក្រាហ្វីន។ នេះអាចជាហេតុផលមួយដែល NGF ឯករាជ្យនៅតែរាបស្មើនៅលើផ្ទៃទឹក ខណៈពេលដែលក្រាហ្វីនឯករាជ្យ (ដែលអណ្តែតក្នុងទឹក) រួញឡើង ហើយបែក។ នៅពេលដែល NGF ត្រូវបានជ្រមុជទាំងស្រុងនៅក្នុងទឹក (លទ្ធផលគឺដូចគ្នាសម្រាប់ NGF រដុប និងរាបស្មើ) គែមរបស់វាពត់ (រូបភាព SI4)។ ក្នុងករណីនៃការជ្រមុជទឹកទាំងស្រុង គេរំពឹងថាថាមពលអន្តរកម្ម NGF-ទឹកស្ទើរតែទ្វេដង (បើប្រៀបធៀបទៅនឹង NGF អណ្តែត) ហើយគែមនៃ NGF បត់ដើម្បីរក្សាមុំទំនាក់ទំនងខ្ពស់ (អ៊ីដ្រូហ្វូប៊ីស៊ីធី)។ យើងជឿជាក់ថាយុទ្ធសាស្ត្រអាចត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីជៀសវាងការរួញនៃគែមនៃ NGF ដែលបានបង្កប់។ វិធីសាស្រ្តមួយគឺប្រើសារធាតុរំលាយចម្រុះដើម្បីកែប្រែប្រតិកម្មសើមនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីត59។
ការផ្ទេរ SLG ទៅកាន់ស្រទាប់ខាងក្រោមប្រភេទផ្សេងៗតាមរយៈដំណើរការផ្ទេរគីមីសើមត្រូវបានរាយការណ៍ពីមុនមក។ ជាទូទៅគេទទួលយកថាកម្លាំង van der Waals ខ្សោយមានរវាងខ្សែភាពយន្ត graphene/graphite និងស្រទាប់ខាងក្រោម (មិនថាស្រទាប់ខាងក្រោមរឹងដូចជា SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si pillars22 និងខ្សែភាពយន្តកាបូន lacy30,34 ឬស្រទាប់ខាងក្រោមដែលអាចបត់បែនបានដូចជា polyimide 37)។ នៅទីនេះយើងសន្មតថាអន្តរកម្មនៃប្រភេទដូចគ្នាមានលើសលប់។ យើងមិនបានសង្កេតឃើញការខូចខាត ឬការរបកនៃ NGF សម្រាប់ស្រទាប់ខាងក្រោមណាមួយដែលបង្ហាញនៅទីនេះក្នុងអំឡុងពេលដោះស្រាយមេកានិច (ក្នុងអំឡុងពេលកំណត់លក្ខណៈក្រោមលក្ខខណ្ឌខ្យល់ចេញចូល និង/ឬបរិយាកាស ឬក្នុងអំឡុងពេលផ្ទុក) (ឧទាហរណ៍ រូបភាពទី 2, SI7 និង SI9)។ លើសពីនេះ យើងមិនបានសង្កេតឃើញកំពូល SiC នៅក្នុងវិសាលគម XPS C1s នៃកម្រិតស្នូលនៃគំរូ NGF/SiO2/Si (រូបភាពទី 4)។ លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថាមិនមានចំណងគីមីរវាង NGF និងស្រទាប់ខាងក្រោមគោលដៅទេ។
នៅក្នុងផ្នែកមុន “ការផ្ទេរ FS- និង BS-NGF ដោយគ្មានប៉ូលីមែរ” យើងបានបង្ហាញថា NGF អាចលូតលាស់ និងផ្ទេរនៅលើភាគីទាំងសងខាងនៃសន្លឹកនីកែល។ FS-NGF និង BS-NGF ទាំងនេះមិនដូចគ្នាទេទាក់ទងនឹងភាពរដុបនៃផ្ទៃ ដែលជំរុញឱ្យយើងស្វែងយល់ពីកម្មវិធីដែលសមស្របបំផុតសម្រាប់ប្រភេទនីមួយៗ។
ដោយពិចារណាលើតម្លាភាព និងផ្ទៃរលោងរបស់ FS-NGF យើងបានសិក្សាពីរចនាសម្ព័ន្ធក្នុងស្រុក លក្ខណៈសម្បត្តិអុបទិក និងអគ្គិសនីរបស់វាឱ្យកាន់តែលម្អិត។ រចនាសម្ព័ន្ធ និងរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ FS-NGF ដែលគ្មានការផ្ទេរប៉ូលីមែរត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយការថតរូបភាពមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូន (TEM) និងការវិភាគលំនាំឌីផ្រាក់ស្យុងអេឡិចត្រុងតំបន់ដែលបានជ្រើសរើស (SAED)។ លទ្ធផលដែលត្រូវគ្នាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5។ ការថតរូបភាព TEM ប្លង់ដែលមានការពង្រីកទាបបានបង្ហាញពីវត្តមាននៃតំបន់ NGF និង FLG ដែលមានលក្ខណៈផ្ទុយគ្នានៃអេឡិចត្រុងខុសៗគ្នា ពោលគឺតំបន់ងងឹត និងភ្លឺជាងរៀងៗខ្លួន (រូបភាពទី 5a)។ ខ្សែភាពយន្តទាំងមូលបង្ហាញពីភាពសុចរិត និងស្ថេរភាពមេកានិចល្អរវាងតំបន់ផ្សេងៗគ្នានៃ NGF និង FLG ជាមួយនឹងការត្រួតស៊ីគ្នាល្អ និងគ្មានការខូចខាត ឬការរហែក ដែលក៏ត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយការសិក្សា SEM (រូបភាពទី 3) និងការសិក្សា TEM ដែលមានការពង្រីកខ្ពស់ (រូបភាពទី 5c-e)។ ជាពិសេស នៅក្នុងរូបភាពទី 5d បង្ហាញរចនាសម្ព័ន្ធស្ពាននៅផ្នែកធំបំផុតរបស់វា (ទីតាំងដែលសម្គាល់ដោយព្រួញចំណុចខ្មៅក្នុងរូបភាពទី 5d) ដែលត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយរាងត្រីកោណ និងមានស្រទាប់ក្រាហ្វីនដែលមានទទឹងប្រហែល 51។ សមាសភាពដែលមានចន្លោះអន្តរប្លង់ 0.33 ± 0.01 nm ត្រូវបានកាត់បន្ថយបន្ថែមទៀតទៅជាស្រទាប់ក្រាហ្វីនជាច្រើននៅក្នុងតំបន់តូចចង្អៀតបំផុត (ចុងបញ្ចប់នៃព្រួញខ្មៅរឹងក្នុងរូបភាពទី 5 d)។
រូបភាព TEM រាបស្មើនៃគំរូ NiAG ដែលគ្មានប៉ូលីមែរនៅលើក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងដែលមានខ្សែកាបូន៖ (ក, ខ) រូបភាព TEM ពង្រីកទាប រួមទាំងតំបន់ NGF និង FLG (ce) រូបភាពពង្រីកខ្ពស់នៃតំបន់ផ្សេងៗនៅក្នុងបន្ទះ-a និងបន្ទះ-b គឺជាព្រួញសម្គាល់ដែលមានពណ៌ដូចគ្នា។ ព្រួញពណ៌បៃតងនៅក្នុងបន្ទះ a និង c បង្ហាញពីតំបន់រាងជារង្វង់នៃការខូចខាតក្នុងអំឡុងពេលតម្រឹមធ្នឹម។ (ច-អ៊ី) នៅក្នុងបន្ទះ a ដល់ c លំនាំ SAED នៅក្នុងតំបន់ផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានចង្អុលបង្ហាញដោយរង្វង់ពណ៌ខៀវ ខៀវស្រងាត់ ទឹកក្រូច និងក្រហមរៀងៗខ្លួន។
រចនាសម្ព័ន្ធខ្សែបូនៅក្នុងរូបភាពទី 5c បង្ហាញ (សម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ក្រហម) ទិសដៅបញ្ឈរនៃប្លង់បន្ទះក្រាហ្វីត ដែលអាចបណ្តាលមកពីការបង្កើតណាណូផ្នត់តាមបណ្តោយខ្សែភាពយន្ត (រូបភាពតូចចង្អៀតក្នុងរូបភាពទី 5c) ដោយសារតែភាពតានតឹងកាត់ដែលមិនបានទូទាត់សងលើស 30,61,62។ ក្រោម TEM ដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ ណាណូផ្នត់ទាំងនេះ 30 បង្ហាញពីទិសដៅគ្រីស្តាល់ខុសពីតំបន់ NGF ដែលនៅសល់។ ប្លង់មូលដ្ឋាននៃបន្ទះក្រាហ្វីតត្រូវបានតម្រង់ទិសស្ទើរតែបញ្ឈរ ជាជាងផ្ដេកដូចផ្នែកដែលនៅសល់នៃខ្សែភាពយន្ត (រូបភាពតូចចង្អៀតក្នុងរូបភាពទី 5c)។ ស្រដៀងគ្នានេះដែរ តំបន់ FLG ពេលខ្លះបង្ហាញផ្នត់លីនេអ៊ែរ និងតូចចង្អៀតដូចខ្សែ (សម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ខៀវ) ដែលលេចឡើងនៅពេលពង្រីកទាប និងមធ្យមក្នុងរូបភាពទី 5b, 5e រៀងៗខ្លួន។ ធាតុតូចចង្អៀតក្នុងរូបភាពទី 5e បញ្ជាក់ពីវត្តមាននៃស្រទាប់ក្រាហ្វីនពីរ និងបីស្រទាប់នៅក្នុងវិស័យ FLG (ចម្ងាយអន្តរប្លង់ 0.33 ± 0.01 nm) ដែលស្របគ្នាយ៉ាងល្អជាមួយលទ្ធផលពីមុនរបស់យើង 30។ លើសពីនេះ រូបភាព SEM ដែលបានថតទុកនៃ NGF ដែលគ្មានប៉ូលីមែរ ដែលបានផ្ទេរទៅលើក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងជាមួយនឹងខ្សែភាពយន្តកាបូនដែលមានលំនាំ (បន្ទាប់ពីធ្វើការវាស់វែង TEM ពីខាងលើ) ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព SI9។ តំបន់ FLG ដែលព្យួរបានល្អ (សម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ខៀវ) និងតំបន់ដែលខូចក្នុងរូបភាព SI9f។ ព្រួញពណ៌ខៀវ (នៅគែមនៃ NGF ដែលបានផ្ទេរ) ត្រូវបានបង្ហាញដោយចេតនាដើម្បីបង្ហាញថា តំបន់ FLG អាចទប់ទល់នឹងដំណើរការផ្ទេរដោយគ្មានប៉ូលីមែរ។ សរុបមក រូបភាពទាំងនេះបញ្ជាក់ថា NGF ដែលព្យួរដោយផ្នែក (រួមទាំងតំបន់ FLG) រក្សាបាននូវភាពសុចរិតខាងមេកានិច សូម្បីតែបន្ទាប់ពីការដោះស្រាយយ៉ាងម៉ត់ចត់ និងការប៉ះពាល់នឹងកន្លែងទំនេរខ្ពស់ក្នុងអំឡុងពេលវាស់វែង TEM និង SEM (រូបភាព SI9)។
ដោយសារតែភាពរាបស្មើដ៏ល្អឥតខ្ចោះរបស់ NGF (សូមមើលរូបភាពទី 5a) វាមិនពិបាកក្នុងការតម្រង់ទិសបន្ទះតាមបណ្តោយអ័ក្សដូមេន [0001] ដើម្បីវិភាគរចនាសម្ព័ន្ធ SAED នោះទេ។ អាស្រ័យលើកម្រាស់ក្នុងស្រុកនៃខ្សែភាពយន្ត និងទីតាំងរបស់វា តំបន់ជាច្រើនដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ (12 ពិន្ទុ) ត្រូវបានកំណត់អត្តសញ្ញាណសម្រាប់ការសិក្សាអំពីការឆ្លុះអេឡិចត្រុង។ នៅក្នុងរូបភាពទី 5a–c តំបន់ធម្មតាចំនួនបួននេះត្រូវបានបង្ហាញ និងសម្គាល់ដោយរង្វង់ពណ៌ (ពណ៌ខៀវ ខៀវស្រងាត់ ទឹកក្រូច និងក្រហមដែលបានអ៊ិនកូដ)។ រូបភាពទី 2 និងទី 3 សម្រាប់របៀប SAED។ រូបភាពទី 5f និង g ត្រូវបានទទួលពីតំបន់ FLG ដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5 និងទី 5។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5b និង c រៀងៗខ្លួន។ ពួកវាមានរចនាសម្ព័ន្ធឆកោនស្រដៀងនឹង graphene63 រមួល។ ជាពិសេស រូបភាពទី 5f បង្ហាញលំនាំបីដែលដាក់ជាន់គ្នាជាមួយនឹងទិសដៅដូចគ្នានៃអ័ក្សតំបន់ [0001] ដែលបង្វិលដោយ 10° និង 20° ដូចដែលបានបង្ហាញដោយភាពមិនស៊ីគ្នានៃមុំនៃការឆ្លុះបញ្ចាំង (10-10) បីគូ។ ស្រដៀងគ្នានេះដែរ រូបភាពទី 5g បង្ហាញលំនាំឆកោនពីរដែលដាក់ពីលើគ្នា ដែលបង្វិលដោយមុំ 20°។ ក្រុមលំនាំឆកោនពីរឬបីក្រុមនៅក្នុងតំបន់ FLG អាចកើតឡើងពីស្រទាប់ក្រាហ្វីនក្នុងប្លង់ ឬក្រៅប្លង់ 33 ដែលបង្វិលទាក់ទងគ្នាទៅវិញទៅមក។ ផ្ទុយទៅវិញ លំនាំឌីផ្រាក់ស្យុងអេឡិចត្រុងនៅក្នុងរូបភាពទី 5h,i (ដែលត្រូវគ្នានឹងតំបន់ NGF ដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5a) បង្ហាញលំនាំ [0001] តែមួយដែលមានអាំងតង់ស៊ីតេឌីផ្រាក់ស្យុងចំណុចខ្ពស់ជាង ដែលត្រូវគ្នានឹងកម្រាស់សម្ភារៈធំជាង។ គំរូ SAED ទាំងនេះត្រូវគ្នាទៅនឹងរចនាសម្ព័ន្ធក្រាហ្វីតក្រាស់ជាង និងទិសដៅមធ្យមជាង FLG ដូចដែលបានសន្និដ្ឋានពីសន្ទស្សន៍ 64។ ការកំណត់លក្ខណៈនៃលក្ខណៈសម្បត្តិគ្រីស្តាល់របស់ NGF បានបង្ហាញពីសហអត្ថិភាពនៃគ្រីស្តាល់ក្រាហ្វីត (ឬក្រាហ្វីន) ពីរឬបីដែលដាក់ពីលើគ្នា។ អ្វីដែលគួរឱ្យកត់សម្គាល់ជាពិសេសនៅក្នុងតំបន់ FLG គឺថាគ្រីស្តាល់មានកម្រិតជាក់លាក់នៃការភាន់ច្រឡំក្នុងប្លង់ ឬក្រៅប្លង់។ ភាគល្អិត/ស្រទាប់ក្រាហ្វីតដែលមានមុំបង្វិលក្នុងប្លង់ 17°, 22° និង 25° ពីមុនត្រូវបានរាយការណ៍សម្រាប់ NGF ដែលដាំដុះលើខ្សែភាពយន្ត Ni 64។ តម្លៃមុំបង្វិលដែលសង្កេតឃើញនៅក្នុងការសិក្សានេះគឺស្របនឹងមុំបង្វិលដែលសង្កេតឃើញពីមុន (±1°) សម្រាប់ក្រាហ្វីន BLG63 រមួល។
លក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីរបស់ NGF/SiO2/Si ត្រូវបានវាស់នៅ 300 K លើផ្ទៃ 10×3 mm2។ តម្លៃនៃកំហាប់អេឡិចត្រុង ចល័តភាព និងចរន្តអគ្គិសនីគឺ 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 និង 2000 S-cm-1 រៀងគ្នា។ តម្លៃចល័តភាព និងចរន្តអគ្គិសនីនៃ NGF របស់យើងគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងក្រាហ្វីតធម្មជាតិ2 និងខ្ពស់ជាងក្រាហ្វីត pyrolytic ដែលមានទិសដៅខ្ពស់ដែលមានលក់នៅលើទីផ្សារ (ផលិតនៅ 3000 °C)29។ តម្លៃកំហាប់អេឡិចត្រុងដែលសង្កេតឃើញគឺខ្ពស់ជាងលំដាប់ពីរនៃរ៉ិចទ័រជាងតម្លៃដែលបានរាយការណ៍ថ្មីៗនេះ (7.25 × 10 cm-3) សម្រាប់ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតក្រាស់មីក្រូនដែលរៀបចំដោយប្រើសន្លឹកប៉ូលីអ៊ីមីតសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (3200 °C)20។
យើងក៏បានធ្វើការវាស់វែងការបញ្ជូនពន្លឺដែលអាចមើលឃើញដោយកាំរស្មីយូវីលើ FS-NGF ដែលបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមរ៉ែថ្មខៀវ (រូបភាពទី 6)។ វិសាលគមលទ្ធផលបង្ហាញពីការបញ្ជូនពន្លឺស្ទើរតែថេរ 62% ក្នុងចន្លោះពី 350–800 nm ដែលបង្ហាញថា NGF មានភាពថ្លាទៅជាពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ។ តាមពិតទៅ ឈ្មោះ "KAUST" អាចត្រូវបានគេមើលឃើញនៅក្នុងរូបថតឌីជីថលនៃគំរូក្នុងរូបភាពទី 6b។ ទោះបីជារចនាសម្ព័ន្ធណាណូគ្រីស្តាល់របស់ NGF ខុសពី SLG ក៏ដោយ ចំនួនស្រទាប់អាចត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណយ៉ាងប្រយោលដោយប្រើច្បាប់នៃការបាត់បង់ការបញ្ជូន 2.3% ក្នុងមួយស្រទាប់បន្ថែម65។ យោងតាមទំនាក់ទំនងនេះ ចំនួនស្រទាប់ក្រាហ្វីនដែលមានការបាត់បង់ការបញ្ជូន 38% គឺ 21។ NGF ដែលលូតលាស់ភាគច្រើនមានស្រទាប់ក្រាហ្វីនចំនួន 300 ពោលគឺកម្រាស់ប្រហែល 100 nm (រូបភាពទី 1, SI5 និង SI7)។ ដូច្នេះ យើងសន្មតថាតម្លាភាពអុបទិកដែលសង្កេតឃើញត្រូវគ្នាទៅនឹងតំបន់ FLG និង MLG ព្រោះវាត្រូវបានចែកចាយពាសពេញខ្សែភាពយន្ត (រូបភាពទី 1, 3, 5 និង 6c)។ បន្ថែមពីលើទិន្នន័យរចនាសម្ព័ន្ធខាងលើ ចរន្តអគ្គិសនី និងតម្លាភាពក៏បញ្ជាក់ពីគុណភាពគ្រីស្តាល់ខ្ពស់នៃ NGF ដែលបានផ្ទេរផងដែរ។
(ក) ការវាស់វែងការបញ្ជូនពន្លឺដែលអាចមើលឃើញដោយកាំរស្មីយូវី (ខ) ការផ្ទេរ NGF ធម្មតាលើរ៉ែថ្មខៀវដោយប្រើគំរូតំណាង។ (គ) គ្រោងការណ៍នៃ NGF (ប្រអប់ងងឹត) ដែលមានតំបន់ FLG និង MLG ចែកចាយស្មើៗគ្នាដែលសម្គាល់ជារាងចៃដន្យពណ៌ប្រផេះពេញគំរូ (សូមមើលរូបភាពទី 1) (ប្រហែល 0.1–3% ផ្ទៃក្នុង 100 μm2)។ រាងចៃដន្យ និងទំហំរបស់វានៅក្នុងដ្យាក្រាមគឺសម្រាប់គោលបំណងបង្ហាញតែប៉ុណ្ណោះ ហើយមិនត្រូវគ្នានឹងផ្ទៃជាក់ស្តែងទេ។
NGF ថ្លាដែលដាំដុះដោយ CVD ពីមុនត្រូវបានផ្ទេរទៅផ្ទៃស៊ីលីកុនទទេ ហើយត្រូវបានប្រើនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។ ប្រសិទ្ធភាពបំលែងថាមពល (PCE) ជាលទ្ធផលគឺ 1.5%។ NGF ទាំងនេះអនុវត្តមុខងារច្រើនដូចជាស្រទាប់សមាសធាតុសកម្ម ផ្លូវដឹកជញ្ជូនបន្ទុក និងអេឡិចត្រូតថ្លា15,16។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតមិនស្មើគ្នាទេ។ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពបន្ថែមទៀតគឺចាំបាច់ដោយការគ្រប់គ្រងដោយប្រុងប្រយ័ត្ននូវភាពធន់នៃសន្លឹក និងការបញ្ជូនអុបទិកនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីត ពីព្រោះលក្ខណៈសម្បត្តិទាំងពីរនេះដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការកំណត់តម្លៃ PCE នៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។ ជាធម្មតា ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីនមានតម្លាភាព 97.7% ចំពោះពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ ប៉ុន្តែមានភាពធន់នៃសន្លឹក 200–3000 ohms/sq.16។ ភាពធន់នៃផ្ទៃនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីនអាចត្រូវបានកាត់បន្ថយដោយការបង្កើនចំនួនស្រទាប់ (ការផ្ទេរស្រទាប់ក្រាហ្វីនច្រើន) និងការបន្ថែមជាមួយ HNO3 (~30 Ohm/sq.)66។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដំណើរការនេះត្រូវការពេលយូរ ហើយស្រទាប់ផ្ទេរផ្សេងៗគ្នាមិនតែងតែរក្សាទំនាក់ទំនងល្អនោះទេ។ NGF ផ្នែកខាងមុខរបស់យើងមានលក្ខណៈសម្បត្តិដូចជា ចរន្តអគ្គិសនី 2000 S/cm2 ភាពធន់នឹងបន្ទះហ្វីល 50 ohm/sq. និងតម្លាភាព 62% ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាជម្រើសដ៏សមស្របសម្រាប់បណ្តាញចរន្តអគ្គិសនី ឬអេឡិចត្រូតប្រឆាំងនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។
ទោះបីជារចនាសម្ព័ន្ធ និងគីមីវិទ្យាផ្ទៃរបស់ BS-NGF គឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹង FS-NGF ក៏ដោយ ក៏ភាពរដុបរបស់វាគឺខុសគ្នា ("ការលូតលាស់របស់ FS- និង BS-NGF")។ ពីមុន យើងបានប្រើក្រាហ្វីតស្តើងបំផុតជាឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាឧស្ម័ន។ ដូច្នេះ យើងបានសាកល្បងលទ្ធភាពនៃការប្រើប្រាស់ BS-NGF សម្រាប់ភារកិច្ចចាប់សញ្ញាឧស្ម័ន (រូបភាព SI10)។ ដំបូង ផ្នែកទំហំ mm2 នៃ BS-NGF ត្រូវបានផ្ទេរទៅបន្ទះឈីបឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអេឡិចត្រូតអន្តរខ្ទង់ (រូបភាព SI10a-c)។ ព័ត៌មានលម្អិតអំពីការផលិតបន្ទះឈីបត្រូវបានរាយការណ៍ពីមុន។ តំបន់រសើបសកម្មរបស់វាគឺ 9 mm267។ នៅក្នុងរូបភាព SEM (រូបភាព SI10b និង c) អេឡិចត្រូតមាសខាងក្រោមអាចមើលឃើញយ៉ាងច្បាស់តាមរយៈ NGF។ ជាថ្មីម្តងទៀត យើងអាចមើលឃើញថា ការគ្របដណ្តប់បន្ទះឈីបឯកសណ្ឋានត្រូវបានសម្រេចសម្រាប់គំរូទាំងអស់។ ការវាស់វែងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាឧស្ម័ននៃឧស្ម័នផ្សេងៗត្រូវបានកត់ត្រា (រូបភាព SI10d) (រូបភាព SI11) ហើយអត្រាឆ្លើយតបលទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព SI10g។ ទំនងជាជាមួយនឹងឧស្ម័នជ្រៀតជ្រែកផ្សេងទៀត រួមមាន SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) និង NH3 (200 ppm)។ មូលហេតុមួយដែលអាចកើតមានគឺ NO2។ លក្ខណៈអេឡិចត្រូហ្វីលីកនៃឧស្ម័ន22,68។ នៅពេលដែលស្រូបចូលលើផ្ទៃនៃក្រាហ្វីន វាកាត់បន្ថយការស្រូបយកអេឡិចត្រុងដោយប្រព័ន្ធ។ ការប្រៀបធៀបទិន្នន័យពេលវេលាឆ្លើយតបរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា BS-NGF ជាមួយនឹងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលបានបោះពុម្ពផ្សាយពីមុនត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងតារាង SI2។ យន្តការសម្រាប់ការធ្វើឱ្យឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា NGF សកម្មឡើងវិញដោយប្រើប្លាស្មា UV ប្លាស្មា O3 ឬការព្យាបាលកម្ដៅ (50–150°C) នៃគំរូដែលប៉ះពាល់កំពុងបន្ត ដែលតាមឧត្ដមគតិគឺត្រូវអនុវត្តតាមដោយការអនុវត្តប្រព័ន្ធបង្កប់69។
ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ CVD ការលូតលាស់ក្រាហ្វីនកើតឡើងនៅសងខាងនៃស្រទាប់កាតាលីករ41។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ BS-ក្រាហ្វីនជាធម្មតាត្រូវបានច្រានចេញក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការផ្ទេរ41។ នៅក្នុងការសិក្សានេះ យើងបង្ហាញថាការលូតលាស់ NGF ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងការផ្ទេរ NGF ដោយគ្មានប៉ូលីមែរអាចសម្រេចបាននៅសងខាងនៃការគាំទ្រកាតាលីករ។ BS-NGF គឺស្តើងជាង (~80 nm) ជាង FS-NGF (~100 nm) ហើយភាពខុសគ្នានេះត្រូវបានពន្យល់ដោយការពិតដែលថា BS-Ni មិនត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹងលំហូរឧស្ម័នបឋមទេ។ យើងក៏បានរកឃើញផងដែរថា ភាពរដុបនៃស្រទាប់ NiAR មានឥទ្ធិពលលើភាពរដុបនៃ NGF។ លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថា FS-NGF ដែលលូតលាស់អាចប្រើជាសម្ភារៈបឋមសម្រាប់ក្រាហ្វីន (ដោយវិធីសាស្ត្រ exfoliation70) ឬជាឆានែលដឹកនាំនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។ ផ្ទុយទៅវិញ BS-NGF នឹងត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការរកឃើញឧស្ម័ន (រូបភាព SI9) និងប្រហែលជាសម្រាប់ប្រព័ន្ធផ្ទុកថាមពល71,72 ដែលភាពរដុបនៃផ្ទៃរបស់វានឹងមានប្រយោជន៍។
ដោយពិចារណាលើចំណុចខាងលើ វាមានប្រយោជន៍ក្នុងការផ្សំការងារបច្ចុប្បន្នជាមួយនឹងខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតដែលបានបោះពុម្ពផ្សាយពីមុនដែលដាំដុះដោយ CVD និងប្រើប្រាស់ក្រដាស់នីកែល។ ដូចដែលអាចមើលឃើញនៅក្នុងតារាងទី 2 សម្ពាធខ្ពស់ដែលយើងបានប្រើបានធ្វើឱ្យពេលវេលាប្រតិកម្ម (ដំណាក់កាលលូតលាស់) ខ្លីជាងមុន សូម្បីតែនៅសីតុណ្ហភាពទាបក៏ដោយ (ក្នុងចន្លោះពី 850–1300 °C)។ យើងក៏សម្រេចបានកំណើនធំជាងធម្មតាដែរ ដែលបង្ហាញពីសក្តានុពលសម្រាប់ការពង្រីក។ មានកត្តាផ្សេងទៀតដែលត្រូវពិចារណា ដែលមួយចំនួនយើងបានរួមបញ្ចូលនៅក្នុងតារាង។
NGF ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ទ្វេភាគីត្រូវបានដាំដុះនៅលើសន្លឹកនីកែលដោយ CVD កាតាលីករ។ តាមរយៈការលុបបំបាត់ស្រទាប់ប៉ូលីមែរប្រពៃណី (ដូចជាស្រទាប់ដែលប្រើក្នុង graphene CVD) យើងសម្រេចបាននូវការផ្ទេរសើមស្អាត និងគ្មានកំហុសនៃ NGF (ដាំដុះនៅខាងក្រោយ និងខាងមុខនៃសន្លឹកនីកែល) ទៅកាន់ស្រទាប់សំខាន់ៗជាច្រើនប្រភេទ។ ជាពិសេស NGF រួមមានតំបន់ FLG និង MLG (ជាធម្មតា 0.1% ទៅ 3% ក្នុង 100 µm2) ដែលត្រូវបានរួមបញ្ចូលយ៉ាងល្អទៅក្នុងខ្សែភាពយន្តក្រាស់ជាង។ Planar TEM បង្ហាញថាតំបន់ទាំងនេះត្រូវបានផ្សំឡើងពីជង់នៃភាគល្អិតក្រាហ្វីត/graphene ពីរទៅបី (គ្រីស្តាល់ ឬស្រទាប់រៀងៗខ្លួន) ដែលខ្លះមានភាពមិនស៊ីគ្នានៃការបង្វិលពី 10–20°។ តំបន់ FLG និង MLG ទទួលខុសត្រូវចំពោះតម្លាភាពនៃ FS-NGF ទៅនឹងពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ។ ចំពោះសន្លឹកខាងក្រោយ ពួកវាអាចត្រូវបានដឹកស្របទៅនឹងសន្លឹកខាងមុខ ហើយដូចបានបង្ហាញ អាចមានគោលបំណងមុខងារ (ឧទាហរណ៍ សម្រាប់ការរកឃើញឧស្ម័ន)។ ការសិក្សាទាំងនេះមានប្រយោជន៍ខ្លាំងណាស់សម្រាប់ការកាត់បន្ថយកាកសំណល់ និងថ្លៃដើមក្នុងដំណើរការ CVD ទ្រង់ទ្រាយឧស្សាហកម្ម។
ជាទូទៅ កម្រាស់ជាមធ្យមនៃ CVD NGF ស្ថិតនៅចន្លោះសន្លឹកក្រាហ្វីន (ស្រទាប់ទាប និងស្រទាប់ច្រើន) និងសន្លឹកក្រាហ្វីនឧស្សាហកម្ម (មីក្រូម៉ែត្រ)។ ជួរនៃលក្ខណៈសម្បត្តិគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍របស់វា រួមផ្សំជាមួយនឹងវិធីសាស្ត្រសាមញ្ញដែលយើងបានបង្កើតសម្រាប់ការផលិត និងការដឹកជញ្ជូនរបស់វា ធ្វើឱ្យខ្សែភាពយន្តទាំងនេះស័ក្តិសមជាពិសេសសម្រាប់កម្មវិធីដែលត្រូវការការឆ្លើយតបមុខងាររបស់ក្រាហ្វីត ដោយមិនចាំបាច់ចំណាយលើដំណើរការផលិតឧស្សាហកម្មដែលប្រើថាមពលច្រើនដែលកំពុងប្រើប្រាស់នាពេលបច្ចុប្បន្ន។
បន្ទះនីកែលកម្រាស់ 25 μm (ភាពបរិសុទ្ធ 99.5% Goodfellow) ត្រូវបានដំឡើងនៅក្នុងរ៉េអាក់ទ័រ CVD ពាណិជ្ជកម្ម (Aixtron 4 អ៊ីញ BMPro)។ ប្រព័ន្ធនេះត្រូវបានបន្សុទ្ធដោយអារហ្គុន ហើយបញ្ជូនទៅសម្ពាធមូលដ្ឋាន 10-3 mbar។ បន្ទាប់មកបន្ទះនីកែលត្រូវបានដាក់ក្នុង Ar/H2 (បន្ទាប់ពីបានធ្វើឱ្យបន្ទះ Ni ក្តៅជាមុនរយៈពេល 5 នាទី បន្ទះនីកែលត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងសម្ពាធ 500 mbar នៅសីតុណ្ហភាព 900 °C)។ NGF ត្រូវបានដាក់ក្នុងលំហូរ CH4/H2 (100 cm3 នីមួយៗ) រយៈពេល 5 នាទី។ បន្ទាប់មកគំរូត្រូវបានធ្វើឱ្យត្រជាក់ដល់សីតុណ្ហភាពក្រោម 700 °C ដោយប្រើលំហូរ Ar (4000 cm3) នៅសីតុណ្ហភាព 40 °C/នាទី។ ព័ត៌មានលម្អិតអំពីការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃដំណើរការលូតលាស់ NGF ត្រូវបានពិពណ៌នានៅកន្លែងផ្សេង 30។
រូបរាងផ្ទៃនៃគំរូត្រូវបានមើលឃើញដោយ SEM ដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍ Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA)។ ភាពរដុបនៃផ្ទៃគំរូ និងកម្រាស់ NGF ត្រូវបានវាស់ដោយប្រើ AFM (Dimension Icon SPM, Bruker)។ ការវាស់វែង TEM និង SAED ត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍ FEI Titan 80–300 Cubed ដែលបំពាក់ដោយកាំភ្លើងបញ្ចេញពន្លឺភ្លឺខ្ពស់ (300 kV) ម៉ាស៊ីនម៉ូណូក្រូម៉ាទ័រប្រភេទ FEI Wien និងឧបករណ៍កែតម្រូវភាពមិនប្រក្រតីនៃកែវភ្នែក CEOS ដើម្បីទទួលបានលទ្ធផលចុងក្រោយ។ គុណភាពបង្ហាញលំហ 0.09 nm។ គំរូ NGF ត្រូវបានផ្ទេរទៅក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងស្រោបដោយកាបូនឡាស៊ីសម្រាប់ការថតរូបភាព TEM រាបស្មើ និងការវិភាគរចនាសម្ព័ន្ធ SAED។ ដូច្នេះ បន្ទះសំណាកគំរូភាគច្រើនត្រូវបានផ្អាកនៅក្នុងរន្ធញើសនៃភ្នាសទ្រទ្រង់។ គំរូ NGF ដែលបានផ្ទេរត្រូវបានវិភាគដោយ XRD។ លំនាំឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិចត្រូវបានទទួលដោយប្រើឧបករណ៍ឌីផ្រាក់ស្យុងម្សៅ (Brucker, ឧបករណ៍ប្តូរដំណាក់កាល D2 ជាមួយប្រភព Cu Kα, ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា 1.5418 Å និង LYNXEYE) ដោយប្រើប្រភពវិទ្យុសកម្ម Cu ដែលមានអង្កត់ផ្ចិតចំណុចធ្នឹម 3 មីលីម៉ែត្រ។
ការវាស់វែងចំណុចរ៉ាម៉ានជាច្រើនត្រូវបានកត់ត្រាដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍កុងហ្វូកាល់រួមបញ្ចូល (Alpha 300 RA, WITeC)។ ឡាស៊ែរ 532 nm ដែលមានថាមពលរំញោចទាប (25%) ត្រូវបានប្រើដើម្បីជៀសវាងផលប៉ះពាល់ដែលបង្កឡើងដោយកម្ដៅ។ វិសាលគមហ្វូតូអេឡិចត្រុងកាំរស្មីអ៊ិច (XPS) ត្រូវបានអនុវត្តលើវិសាលគម Kratos Axis Ultra លើផ្ទៃគំរូ 300 × 700 μm2 ដោយប្រើវិទ្យុសកម្ម Al Kα តែមួយពណ៌ (hν = 1486.6 eV) នៅថាមពល 150 W។ វិសាលគមគុណភាពបង្ហាញត្រូវបានទទួលនៅថាមពលបញ្ជូន 160 eV និង 20 eV រៀងគ្នា។ គំរូ NGF ដែលផ្ទេរទៅ SiO2 ត្រូវបានកាត់ជាបំណែក (3 × 10 mm2 នីមួយៗ) ដោយប្រើឡាស៊ែរជាតិសរសៃ ytterbium PLS6MW (1.06 μm) នៅ 30 W។ ទំនាក់ទំនងខ្សែស្ពាន់ (កម្រាស់ 50 μm) ត្រូវបានផលិតដោយប្រើបិទភ្ជាប់ប្រាក់ក្រោមមីក្រូទស្សន៍អុបទិក។ ការពិសោធន៍ដឹកជញ្ជូនអគ្គិសនី និងឥទ្ធិពល Hall ត្រូវបានអនុវត្តលើគំរូទាំងនេះនៅសីតុណ្ហភាព 300 K និងការប្រែប្រួលដែនម៉ាញេទិក ± 9 Tesla នៅក្នុងប្រព័ន្ធវាស់ស្ទង់លក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្ត (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA)។ វិសាលគម UV–vis ដែលបានបញ្ជូនត្រូវបានកត់ត្រាដោយប្រើវិសាលគម Lambda 950 UV–vis នៅក្នុងជួរ NGF 350–800 nm ដែលបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមរ៉ែថ្មខៀវ និងគំរូយោងរ៉ែថ្មខៀវ។
ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាធន់នឹងសារធាតុគីមី (បន្ទះឈីបអេឡិចត្រូតអន្តរខ្ទង់) ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅបន្ទះសៀគ្វីបោះពុម្ពផ្ទាល់ខ្លួន 73 ហើយភាពធន់ត្រូវបានទាញយកជាបណ្ដោះអាសន្ន។ បន្ទះសៀគ្វីបោះពុម្ពដែលឧបករណ៍ស្ថិតនៅ ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងស្ថានីយទំនាក់ទំនង ហើយដាក់នៅខាងក្នុងបន្ទប់ចាប់សញ្ញាឧស្ម័ន 74។ ការវាស់វែងភាពធន់ត្រូវបានធ្វើឡើងនៅវ៉ុល 1 V ជាមួយនឹងការស្កេនជាបន្តបន្ទាប់ពីការបន្សុទ្ធរហូតដល់ការប៉ះពាល់នឹងឧស្ម័ន ហើយបន្ទាប់មកបន្សុទ្ធម្តងទៀត។ បន្ទប់ត្រូវបានសម្អាតដំបូងដោយការបន្សុទ្ធជាមួយអាសូតនៅ 200 cm3 រយៈពេល 1 ម៉ោង ដើម្បីធានាបាននូវការយកចេញនូវសារធាតុវិភាគផ្សេងទៀតទាំងអស់ដែលមាននៅក្នុងបន្ទប់ រួមទាំងសំណើមផងដែរ។ បន្ទាប់មកសារធាតុវិភាគនីមួយៗត្រូវបានបញ្ចេញទៅក្នុងបន្ទប់យឺតៗក្នុងអត្រាលំហូរ 200 cm3 ដូចគ្នា ដោយបិទស៊ីឡាំង N2។
កំណែ​កែសម្រួល​នៃ​អត្ថបទ​នេះ​ត្រូវ​បាន​បោះពុម្ពផ្សាយ​ហើយ ហើយ​អាច​ចូល​មើល​បាន​តាម​រយៈ​តំណ​នៅ​ផ្នែក​ខាងលើ​នៃ​អត្ថបទ។
Inagaki, M. និង Kang, F. វិទ្យាសាស្ត្រ និងវិស្វកម្មសម្ភារៈកាបូន៖ មូលដ្ឋានគ្រឹះ។ បោះពុម្ពលើកទីពីរ។ ២០១៤។ ៥៤២។
សៀវភៅណែនាំ Pearson, HO ស្តីពីកាបូន ក្រាហ្វីត ពេជ្រ និងហ្វូលលើរីន៖ លក្ខណៈសម្បត្តិ ដំណើរការ និងការអនុវត្ត។ ការបោះពុម្ពលើកដំបូងត្រូវបានកែសម្រួល។ ឆ្នាំ ១៩៩៤ រដ្ឋញូវជើស៊ី។
Tsai, W. et al. ខ្សែភាពយន្ត graphene/graphite ច្រើនស្រទាប់លើផ្ទៃដីធំ ជាអេឡិចត្រូតស្តើងដែលមានតម្លាភាព។ ការអនុវត្ត។ រូបវិទ្យា។ Wright. 95(12), 123115(2009).
Balandin AA លក្ខណៈសម្បត្តិកម្ដៅនៃក្រាហ្វីន និងវត្ថុធាតុកាបូនដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធណាណូ។ Nat. Matt. 10(8), 569–581 (2011)។
Cheng KY, Brown PW និង Cahill DG ចរន្តកំដៅនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតដែលដាំដុះលើ Ni (111) ដោយការដាក់ចំហាយគីមីសីតុណ្ហភាពទាប។ គុណកិរិយា។ Matt. Interface 3, 16 (2016)។
Hesjedal, T. ការលូតលាស់ជាបន្តបន្ទាប់នៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីនដោយការដាក់ចំហាយគីមី។ ការអនុវត្ត។ រូបវិទ្យា។ Wright. 98(13), 133106(2011)។