Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai iegūtu labākos rezultātus, iesakām izmantot jaunāku pārlūkprogrammas versiju (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, mēs vietni attēlojam bez stila vai JavaScript.
Nanoskala grafīta plēves (NGF) ir izturīgi nanomateriāli, ko var ražot ar katalītisku ķīmisko tvaiku pārklāšanu, taču joprojām pastāv jautājumi par to pārneses vieglumu un to, kā virsmas morfoloģija ietekmē to izmantošanu nākamās paaudzes ierīcēs. Šeit mēs ziņojam par NGF augšanu abās polikristāliskas niķeļa folijas pusēs (laukums 55 cm2, biezums aptuveni 100 nm) un tās pārnesi bez polimēriem (priekšpuse un aizmugure, laukums līdz 6 cm2). Katalizatora folijas morfoloģijas dēļ abas oglekļa plēves atšķiras pēc to fizikālajām īpašībām un citām īpašībām (piemēram, virsmas raupjuma). Mēs parādām, ka NGF ar raupjāku aizmuguri ir labi piemērotas NO2 noteikšanai, savukārt gludāki un vadošāki NGF priekšpusē (2000 S/cm, loksnes pretestība – 50 omi/m2) var būt piemēroti vadītāji saules baterijas kanālā vai elektrodā (jo tas caurlaid 62% redzamās gaismas). Kopumā aprakstītie augšanas un transportēšanas procesi var palīdzēt realizēt NGF kā alternatīvu oglekļa materiālu tehnoloģiskām lietojumprogrammām, kur grafēns un mikronu biezas grafīta plēves nav piemērotas.
Grafīts ir plaši izmantots rūpniecisks materiāls. Jāatzīmē, ka grafītam piemīt relatīvi zems masas blīvums un augsta siltumvadītspēja un elektrovadītspēja plaknē, un tas ir ļoti stabils skarbos termiskos un ķīmiskos apstākļos1,2. Pārslu grafīts ir labi pazīstams izejmateriāls grafēna pētījumiem3. Pārstrādājot plānās plēvēs, to var izmantot plašā pielietojumu klāstā, tostarp elektronisko ierīču, piemēram, viedtālruņu4,5,6,7, siltuma izlietnēs, kā aktīvu materiālu sensoros8,9,10 un elektromagnētisko traucējumu aizsardzībai11,12, kā arī plēvēs litogrāfijai ekstremālos ultravioletajos apstākļos13,14 un vadošos kanālos saules baterijās15,16. Visiem šiem pielietojumiem būtu ievērojama priekšrocība, ja varētu viegli ražot un transportēt lielas grafīta plēvju (NGF) platības ar biezumu, kas kontrolēts nanoskalā <100 nm.
Grafīta plēves tiek ražotas ar dažādām metodēm. Vienā gadījumā grafēna pārslu iegūšanai tika izmantota iestrādāšana un izplešana, kam sekoja eksfoliācija10,11,17. Pārslas tālāk jāapstrādā vajadzīgā biezuma plēvēs, un blīvu grafīta loksņu iegūšana bieži vien aizņem vairākas dienas. Cita pieeja ir sākt ar grafitējamiem cietiem prekursoriem. Rūpniecībā polimēru loksnes tiek karbonizētas (1000–1500 °C temperatūrā) un pēc tam grafitizētas (2800–3200 °C temperatūrā), lai izveidotu labi strukturētus slāņainus materiālus. Lai gan šo plēvju kvalitāte ir augsta, enerģijas patēriņš ir ievērojams1,18,19 un minimālais biezums ir ierobežots līdz dažiem mikroniem1,18,19,20.
Katalītiskā ķīmiskā tvaiku uzklāšana (CVD) ir labi zināma metode grafēna un īpaši plānu grafīta plēvju (<10 nm) ražošanai ar augstu strukturālo kvalitāti un saprātīgām izmaksām 21,22,23,24,25,26,27. Tomēr, salīdzinot ar grafēna un īpaši plānu grafīta plēvju augšanu 28, NGF audzēšana lielās platībās un/vai pielietojums, izmantojot CVD, ir vēl mazāk pētīts 11,13,29,30,31,32,33.
Ar CVD audzētas grafēna un grafīta plēves bieži ir jāpārnes uz funkcionāliem substrātiem34. Šīs plāno kārtiņu pārneses ietver divas galvenās metodes35: (1) pārnešana bez kodināšanas36,37 un (2) uz kodināšanu balstīta mitrā ķīmiskā pārnešana (uz substrāta pamata)14,34,38. Katrai metodei ir savas priekšrocības un trūkumi, un tā jāizvēlas atkarībā no paredzētā pielietojuma, kā aprakstīts citur35,39. Grafēna/grafīta plēvēm, kas audzētas uz katalītiskiem substrātiem, pārnešana, izmantojot mitros ķīmiskos procesus (no kuriem polimetilmetakrilāts (PMMA) ir visbiežāk izmantotais atbalsta slānis), joprojām ir pirmā izvēle13,30,34,38,40,41,42. You et al. Tika minēts, ka NGF pārnešanai netika izmantots polimērs (parauga izmērs aptuveni 4 cm2)25,43, taču netika sniegta sīkāka informācija par parauga stabilitāti un/vai apstrādi pārneses laikā; Mitrās ķīmijas procesi, izmantojot polimērus, sastāv no vairākiem posmiem, tostarp upurējamā polimēra slāņa uzklāšanas un sekojošas noņemšanas30,38,40,41,42. Šim procesam ir trūkumi: piemēram, polimēru atlikumi var mainīt audzētās plēves īpašības38. Papildu apstrāde var noņemt atlikušo polimēru, taču šīs papildu darbības palielina plēves ražošanas izmaksas un laiku38,40. CVD augšanas laikā grafēna slānis tiek nogulsnēts ne tikai katalizatora folijas priekšpusē (pusē, kas vērsta pret tvaika plūsmu), bet arī tās aizmugurē. Tomēr pēdējais tiek uzskatīts par atkritumu produktu un to var ātri noņemt ar mīksto plazmu38,41. Šīs plēves pārstrāde var palīdzēt palielināt ražu, pat ja tās kvalitāte ir zemāka nekā virsmas oglekļa plēvei.
Šeit mēs ziņojam par NGF divfāžu augšanas sagatavošanu vafeļu mērogā ar augstu strukturālo kvalitāti uz polikristāliskas niķeļa folijas, izmantojot CVD. Tika novērtēts, kā folijas priekšējās un aizmugurējās virsmas raupjums ietekmē NGF morfoloģiju un struktūru. Mēs arī demonstrējam rentablu un videi draudzīgu NGF pārnesi no abām niķeļa folijas pusēm uz daudzfunkcionāliem substrātiem un parādām, kā priekšējā un aizmugurējā plēve ir piemērota dažādiem pielietojumiem.
Turpmākajās sadaļās ir aplūkoti dažādi grafīta plēves biezumi atkarībā no sakrauto grafēna slāņu skaita: (i) vienslāņa grafēns (SLG, 1 slānis), (ii) nedaudz slāņu grafēns (FLG, < 10 slāņi), (iii) daudzslāņu grafēns (MLG, 10–30 slāņi) un (iv) NGF (~300 slāņi). Pēdējais ir visizplatītākais biezums, kas izteikts laukuma procentos (aptuveni 97% laukuma uz 100 µm2)30. Tāpēc visu plēvi sauc vienkārši par NGF.
Grafēna un grafīta plēvju sintēzei izmantotajām polikristāliskajām niķeļa folijām ir atšķirīga tekstūra to ražošanas un sekojošās apstrādes rezultātā. Nesen mēs ziņojām par pētījumu, lai optimizētu NGF30 augšanas procesu. Mēs parādām, ka tādiem procesa parametriem kā atkvēlināšanas laiks un kameras spiediens augšanas stadijā ir izšķiroša nozīme vienāda biezuma NGF iegūšanā. Šeit mēs tālāk pētījām NGF augšanu uz pulētas priekšējās (FS) un nepulētas aizmugurējās (BS) niķeļa folijas virsmām (1.a att.). Tika pārbaudīti trīs paraugu veidi - FS un BS, kas uzskaitīti 1. tabulā. Vizuāli pārbaudot, vienmērīgu NGF augšanu abās niķeļa folijas (NiAG) pusēs var redzēt pēc Ni substrāta krāsas maiņas no raksturīgas metāliski sudrabaini pelēkas uz matēti pelēku krāsu (1.a att.); mikroskopiskie mērījumi tika apstiprināti (1.b, c att.). Tipisks FS-NGF Ramana spektrs, kas novērots gaišajā apgabalā un 1.b attēlā norādīts ar sarkanām, zilām un oranžām bultiņām, ir parādīts 1.c attēlā. Grafīta G (1683 cm−1) un 2D (2696 cm−1) raksturīgie Ramana pīķi apstiprina ļoti kristāliska NGF augšanu (1.c attēls, SI1 tabula). Visā plēvē tika novērota Ramana spektru dominance ar intensitātes attiecību (I2D/IG) ~0,3, savukārt Ramana spektri ar I2D/IG = 0,8 tika novēroti reti. Bojātu pīķu (D = 1350 cm−1) neesamība visā plēvē norāda uz NGF augšanas augsto kvalitāti. Līdzīgi Ramana rezultāti tika iegūti BS-NGF paraugam (SI1. a un b attēls, SI1 tabula).
NiAG FS- un BS-NGF salīdzinājums: (a) Tipiska NGF (NiAG) parauga fotogrāfija, kurā redzama NGF augšana vafeļu mērogā (55 cm2), un iegūtie BS- un FS-Ni folijas paraugi, (b) FS-NGF attēli/Ni, kas iegūti ar optisko mikroskopu, (c) Tipiski Ramana spektri, kas reģistrēti dažādās b paneļa pozīcijās, (d, f) SEM attēli dažādos palielinājumos uz FS-NGF/Ni, (e, g) SEM attēli dažādos palielinājumos Komplekti BS-NGF/Ni. Zilā bultiņa norāda FLG reģionu, oranžā bultiņa norāda MLG reģionu (netālu no FLG reģiona), sarkanā bultiņa norāda NGF reģionu, un fuksīna bultiņa norāda kroku.
Tā kā augšana ir atkarīga no sākotnējā substrāta biezuma, kristāla izmēra, orientācijas un graudu robežām, NGF biezuma saprātīgas kontroles panākšana lielās platībās joprojām ir izaicinājums20,34,44. Šajā pētījumā tika izmantots iepriekš publicēts saturs30. Šis process rada spilgtu apgabalu no 0,1 līdz 3% uz 100 µm230. Turpmākajās sadaļās mēs piedāvājam rezultātus abiem reģionu veidiem. Augsta palielinājuma SEM attēli parāda vairāku spilgtu kontrastējošu apgabalu klātbūtni abās pusēs (1.f, g att.), kas norāda uz FLG un MLG reģionu klātbūtni30,45. To apstiprināja arī Ramana izkliede (1.c att.) un TEM rezultāti (apspriesti vēlāk sadaļā “FS-NGF: struktūra un īpašības”). FLG un MLG reģioni, kas novēroti FS- un BS-NGF/Ni paraugos (priekšējais un aizmugurējais NGF, kas audzēts uz Ni), iespējams, ir auguši uz lieliem Ni(111) graudiem, kas veidojušies iepriekšējas atkvēlināšanas laikā22,30,45. Salocīšanās tika novērota abās pusēs (1.b att., atzīmēts ar violetām bultiņām). Šīs krokas bieži ir sastopamas ar CVD audzētās grafēna un grafīta plēvēs, jo grafīta un niķeļa substrāta termiskās izplešanās koeficients ievērojami atšķiras 30,38.
AFM attēls apstiprināja, ka FS-NGF paraugs bija plakanāks nekā BS-NGF paraugs (SI1. attēls) (SI2. attēls). FS-NGF/Ni (SI2c. attēls) un BS-NGF/Ni (SI2d. attēls) vidējās kvadrātiskās (RMS) raupjuma vērtības ir attiecīgi 82 un 200 nm (mērot 20 × 20 μm2 laukumā). Lielāku raupjumu var saprast, pamatojoties uz niķeļa (NiAR) folijas virsmas analīzi sākotnējā stāvoklī (SI3. attēls). FS un BS-NiAR SEM attēli ir parādīti SI3a–SI3d attēlos, demonstrējot dažādas virsmas morfoloģijas: pulētai FS-Ni folijai ir nano un mikronu izmēra sfēriskas daļiņas, savukārt nepulētai BS-Ni folijai ir ražošanas kāpnes kā daļiņas ar augstu izturību un samazināšanos. Atkausētas niķeļa folijas (NiA) zemas un augstas izšķirtspējas attēli ir parādīti SI3e–SI3h attēlā. Šajos attēlos mēs varam novērot vairāku mikronu izmēra niķeļa daļiņu klātbūtni abās niķeļa folijas pusēs (SI3.e–h. att.). Lieliem graudiem var būt Ni(111) virsmas orientācija, kā ziņots iepriekš30,46. Niķeļa folijas morfoloģijā pastāv būtiskas atšķirības starp FS-NiA un BS-NiA. Augstāks BS-NGF/Ni raupjums ir saistīts ar BS-NiAR nepulēto virsmu, kuras virsma saglabājas ievērojami raupja pat pēc atkvēlināšanas (SI3. attēls). Šāda veida virsmas raksturojums pirms augšanas procesa ļauj kontrolēt grafēna un grafīta plēvju raupjumu. Jāatzīmē, ka sākotnējais substrāts grafēna augšanas laikā piedzīvoja zināmu graudu reorganizāciju, kas nedaudz samazināja graudu izmēru un nedaudz palielināja substrāta virsmas raupjumu, salīdzinot ar atkvēlināto foliju un katalizatora plēvi22.
Substrāta virsmas raupjuma, atkvēlināšanas laika (graudu izmēra)30,47 un atbrīvošanas kontroles43 precīza regulēšana palīdzēs samazināt reģionālo NGF biezuma vienmērīgumu līdz µm2 un/vai pat nm2 mērogam (t. i., dažu nanometru biezuma variācijām). Lai kontrolētu substrāta virsmas raupjumu, var apsvērt tādas metodes kā iegūtās niķeļa folijas elektrolītiskā pulēšana48. Pēc tam iepriekš apstrādāto niķeļa foliju var atkvēlināt zemākā temperatūrā (< 900 °C)46 un laikā (< 5 min), lai izvairītos no lielu Ni(111) graudu veidošanās (kas ir labvēlīgi FLG augšanai).
SLG un FLG grafēns nespēj izturēt skābju un ūdens virsmas spraigumu, tāpēc mitrās ķīmiskās pārneses procesos ir nepieciešami mehāniski atbalsta slāņi22,34,38. Atšķirībā no polimēru atbalstīta vienslāņa grafēna mitrās ķīmiskās pārneses38, mēs atklājām, ka abas audzēta NGF puses var pārnest bez polimēru atbalsta, kā parādīts 2.a attēlā (sīkāku informāciju skatīt SI4a attēlā). NGF pārnešana uz doto substrātu sākas ar pamatā esošās Ni30.49 plēves mitro kodināšanu. Izaudzētie NGF/Ni/NGF paraugi tika uz nakti ievietoti 15 ml 70% HNO3, kas atšķaidīts ar 600 ml dejonizēta (DI) ūdens. Pēc tam, kad Ni folija ir pilnībā izšķīdusi, FS-NGF paliek plakans un peld uz šķidruma virsmas, tāpat kā NGF/Ni/NGF paraugs, kamēr BS-NGF ir iegremdēts ūdenī (2.a,b attēls). Izolētais NGF pēc tam tika pārvietots no vienas vārglāzes ar svaigu dejonizētu ūdeni uz citu vārglāzi, un izolētais NGF tika rūpīgi nomazgāts, atkārtojot šo procesu četras līdz sešas reizes caur ieliektu stikla trauku. Visbeidzot, FS-NGF un BS-NGF tika novietoti uz vēlamā substrāta (2.c attēls).
Polimēru nesaturošs mitrās ķīmiskās pārneses process NGF audzēšanai uz niķeļa folijas: (a) Procesa plūsmas diagramma (sīkāku informāciju skatīt SI4. attēlā), (b) Atdalītā NGF digitālā fotogrāfija pēc Ni kodināšanas (2 paraugi), (c) FS piemērs – un BS-NGF pārnešana uz SiO2/Si substrātu, (d) FS-NGF pārnešana uz necaurspīdīgu polimēra substrātu, (e) BS-NGF no tā paša parauga kā d panelis (sadalīts divās daļās), pārnešana uz apzeltītu C papīru un Nafion (elastīgs caurspīdīgs substrāts, malas apzīmētas ar sarkaniem stūriem).
Ņemiet vērā, ka SLG pārnešana, izmantojot mitrās ķīmiskās pārneses metodes, prasa kopējo apstrādes laiku 20–24 stundas 38. Izmantojot šeit demonstrēto bezpolimēru pārneses metodi (SI4a attēls), kopējais NGF pārneses apstrādes laiks ir ievērojami samazināts (aptuveni 15 stundas). Process sastāv no: (1. solis) Kodināšanas šķīduma sagatavošana un parauga ievietošana tajā (~10 minūtes), pēc tam gaidīšana uz nakti Ni kodināšanai (~7200 minūtes), (2. solis) Skalošana ar dejonizētu ūdeni (3. solis). Uzglabāšana dejonizētā ūdenī vai pārvietošana uz mērķa substrātu (20 min). Ūdens, kas iesprūdis starp NGF un pamatmatricu, tiek noņemts ar kapilāro darbību (izmantojot blotēšanas papīru) 38, pēc tam atlikušie ūdens pilieni tiek noņemti ar dabisko žāvēšanu (aptuveni 30 min), un visbeidzot paraugu žāvē 10 min vakuuma krāsnī (10–1 mbar) 50–90 °C temperatūrā (60 min) 38.
Ir zināms, ka grafīts iztur ūdens un gaisa klātbūtni diezgan augstā temperatūrā (≥ 200 °C)50,51,52. Mēs testējām paraugus, izmantojot Ramana spektroskopiju, SEM un XRD pēc uzglabāšanas dejonizētā ūdenī istabas temperatūrā un noslēgtās pudelēs no dažām dienām līdz vienam gadam (SI4. attēls). Nav manāmas degradācijas. 2.c attēlā redzami brīvi stāvoši FS-NGF un BS-NGF dejonizētā ūdenī. Mēs tos uztvērām uz SiO2 (300 nm)/Si substrāta, kā parādīts 2.c attēla sākumā. Turklāt, kā parādīts 2.d,e attēlā, nepārtrauktu NGF var pārnest uz dažādiem substrātiem, piemēram, polimēriem (Thermabright poliamīds no Nexolve un Nafion) un ar zeltu pārklātu oglekļa papīru. Peldošo FS-NGF bija viegli novietot uz mērķa substrāta (2.c, d attēls). Tomēr BS-NGF paraugus, kas lielāki par 3 cm2, bija grūti apstrādāt, pilnībā iegremdējot tos ūdenī. Parasti, kad tie sāk ripot ūdenī, neuzmanīgas apiešanās dēļ tie dažreiz saplīst divās vai trīs daļās (2.e att.). Kopumā mums izdevās panākt PS- un BS-NGF pārnesi bez polimēriem (nepārtraukta, vienmērīga pārnešana bez NGF/Ni/NGF augšanas 6 cm2 laukumā) paraugiem, kuru laukums bija attiecīgi līdz 6 un 3 cm2. Jebkurus atlikušos lielos vai mazos gabaliņus var (viegli redzēt kodināšanas šķīdumā vai dejonizētā ūdenī) uz vēlamā substrāta (~1 mm2, SI4b attēls, skatiet paraugu, kas pārnests uz vara režģi, kā aprakstīts sadaļā “FS-NGF: struktūra un īpašības (apspriests) sadaļā “Struktūra un īpašības”), vai uzglabāt turpmākai izmantošanai (SI4 attēls). Pamatojoties uz šo kritēriju, mēs lēšam, ka NGF var atgūt ar ražu līdz 98–99% (pēc augšanas pārnešanai).
Pārneses paraugi bez polimēra tika detalizēti analizēti. Virsmas morfoloģiskās īpašības, kas iegūtas uz FS- un BS-NGF/SiO2/Si (2.c attēls), izmantojot optisko mikroskopiju (OM) un SEM attēlus (SI5. attēls un 3. attēls), parādīja, ka šie paraugi tika pārnesti bez mikroskopijas. Redzami strukturāli bojājumi, piemēram, plaisas, caurumi vai atritinātas zonas. Augošā NGF krokas (3.b, 3.d attēls, atzīmētas ar violetām bultiņām) pēc pārneses palika neskartas. Gan FS-, gan BS-NGF sastāv no FLG reģioniem (spilgti reģioni, kas 3. attēlā atzīmēti ar zilām bultiņām). Pārsteidzoši, ka atšķirībā no nedaudzajiem bojātajiem reģioniem, kas parasti novērojami īpaši plānu grafīta plēvju polimēru pārneses laikā, vairāki mikrona izmēra FLG un MLG reģioni, kas savienojas ar NGF (3.d attēlā atzīmēti ar zilām bultiņām), tika pārnesti bez plaisām vai pārtraukumiem (3.d attēls). 3). Mehāniskā integritāte tika tālāk apstiprināta, izmantojot TEM un SEM attēlus, kuros NGF tika pārnests uz mežģīņu-oglekļa vara režģiem, kā aprakstīts vēlāk (“FS-NGF: struktūra un īpašības”). Pārnestais BS-NGF/SiO2/Si ir raupjāks nekā FS-NGF/SiO2/Si ar rms vērtībām attiecīgi 140 nm un 17 nm, kā parādīts SI6.a un SI6.b attēlā (20 × 20 μm2). Uz SiO2/Si substrāta pārnestā NGF rms vērtība (RMS < 2 nm) ir ievērojami zemāka (apmēram 3 reizes) nekā uz Ni audzēta NGF (SI2. attēls), kas norāda, ka papildu raupjums var atbilst Ni virsmai. Turklāt AFM attēli, kas veikti uz FS un BS-NGF/SiO2/Si paraugu malām, uzrādīja NGF biezumu attiecīgi 100 un 80 nm (SI7. attēls). Mazāks BS-NGF biezums var būt saistīts ar to, ka virsma nav tieši pakļauta prekursora gāzei.
Pārnests NGF (NiAG) bez polimēra uz SiO2/Si plāksnes (skatiet 2.c attēlu): (a, b) Pārnestā FS-NGF SEM attēli: mazs un liels palielinājums (atbilst oranžajam kvadrātam panelī). Tipiski laukumi) – a). (c, d) Pārnestā BS-NGF SEM attēli: mazs un liels palielinājums (atbilst tipiskajam laukumam, ko parāda oranžais kvadrāts c panelī). (e, f) Pārnesto FS- un BS-NGF AFM attēli. Zilā bultiņa apzīmē FLG reģionu – spilgts kontrasts, ciāna bultiņa – melns MLG kontrasts, sarkanā bultiņa – melns kontrasts apzīmē NGF reģionu, fuksīna bultiņa apzīmē kroku.
Izaudzēto un pārnesto FS- un BS-NGF ķīmisko sastāvu analizēja ar rentgenstaru fotoelektronu spektroskopiju (XPS) (4. att.). Izmērītajos spektros (4.a, b att.) tika novērots vājš maksimums, kas atbilst izaudzēto FS- un BS-NGF (NiAG) Ni substrātam (850 eV). Pārnesto FS- un BS-NGF/SiO2/Si izmērītajos spektros nav maksimumu (4.c att.; līdzīgi rezultāti BS-NGF/SiO2/Si nav parādīti), kas norāda, ka pēc pārneses nav atlikušā Ni piesārņojuma. 4.d–f attēlā parādīti FS-NGF/SiO2/Si C 1 s, O 1 s un Si 2p enerģijas līmeņu augstas izšķirtspējas spektri. Grafīta C 1 s saistīšanās enerģija ir 284,4 eV53,54. Grafīta maksimumu lineārā forma parasti tiek uzskatīta par asimetrisku, kā parādīts 4.d attēlā54. Augstas izšķirtspējas kodola līmeņa C 1 s spektrs (4.d att.) arī apstiprināja tīru pārnesi (t.i., bez polimēru atlikumiem), kas atbilst iepriekšējiem pētījumiem38. Tikko audzēta parauga (NiAG) un pēc pārneses C 1 s spektru līniju platumi ir attiecīgi 0,55 un 0,62 eV. Šīs vērtības ir augstākas nekā SLG (0,49 eV SLG uz SiO2 substrāta)38. Tomēr šīs vērtības ir mazākas nekā iepriekš ziņotie līniju platumi ļoti orientētiem pirolītiskā grafēna paraugiem (~0,75 eV)53,54,55, kas norāda uz bojātu oglekļa vietu neesamību pašreizējā materiālā. C 1 s un O 1 s zemes līmeņa spektriem arī trūkst plecu, tādējādi novēršot nepieciešamību pēc augstas izšķirtspējas pīķu dekonvolūcijas54. Ap 291,1 eV ir π → π* satelīta pīķis, kas bieži tiek novērots grafīta paraugos. 103 eV un 532,5 eV signāli Si2p un O1s kodola līmeņa spektros (skat. 4.e, f att.) tiek attiecināti attiecīgi uz SiO256 substrātu. XPS ir virsmas jutīga metode, tāpēc tiek pieņemts, ka signāli, kas atbilst Ni un SiO2 un kas noteikti attiecīgi pirms un pēc NGF pārneses, nāk no FLG reģiona. Līdzīgi rezultāti tika novēroti pārnestajiem BS-NGF paraugiem (nav parādīti).
NiAG XPS rezultāti: (ac) Audzētu FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni un pārnesto FS-NGF/Si dažādu elementu atomu sastāvu pārskata spektri. (d–f) FS-NGF/SiO2/Si parauga kodolu līmeņu C 1 s, O 1 s un Si 2p augstas izšķirtspējas spektri.
Pārnesto NGF kristālu kopējā kvalitāte tika novērtēta, izmantojot rentgenstaru difrakciju (XRD). Tipiski pārnesto FS- un BS-NGF/SiO2/Si XRD modeļi (SI8. att.) parāda difrakcijas pīķus (0 0 0 2) un (0 0 0 4) pie 26,6° un 54,7°, līdzīgi kā grafītam. Tas apstiprina NGF augsto kristālisko kvalitāti un atbilst starpslāņa attālumam d = 0,335 nm, kas saglabājas arī pēc pārneses posma. Difrakcijas pīķa (0 0 0 2) intensitāte ir aptuveni 30 reizes lielāka nekā difrakcijas pīķa (0 0 0 4) intensitāte, kas norāda, ka NGF kristāla plakne ir labi izlīdzināta ar parauga virsmu.
Saskaņā ar SEM, Ramana spektroskopijas, XPS un XRD rezultātiem BS-NGF/Ni kvalitāte bija tāda pati kā FS-NGF/Ni, lai gan tā rms raupjums bija nedaudz augstāks (SI2., SI5. un SI7. attēls).
SLG ar polimēru atbalsta slāņiem līdz 200 nm biezumā var peldēt virs ūdens. Šo iekārtu parasti izmanto polimēru atbalstītos mitrās ķīmiskās pārneses procesos22,38. Grafēns un grafīts ir hidrofobi (mitrais leņķis 80–90°)57. Ir ziņots, ka gan grafēna, gan FLG potenciālās enerģijas virsmas ir diezgan plakanas, ar zemu potenciālo enerģiju (~1 kJ/mol) ūdens sānu kustībai uz virsmas58. Tomēr aprēķinātās ūdens mijiedarbības enerģijas ar grafēnu un trim grafēna slāņiem ir attiecīgi aptuveni −13 un −15 kJ/mol,58, kas norāda, ka ūdens mijiedarbība ar NGF (aptuveni 300 slāņi) ir zemāka salīdzinājumā ar grafēnu. Tas varētu būt viens no iemesliem, kāpēc brīvi stāvošs NGF paliek plakans uz ūdens virsmas, savukārt brīvi stāvošs grafēns (kas peld ūdenī) saritinās un sadalās. Kad NGF ir pilnībā iegremdēts ūdenī (rezultāti ir vienādi gan raupjam, gan plakanajam NGF), tā malas saliecas (SI4. attēls). Pilnīgas iegremdēšanas gadījumā ir sagaidāms, ka NGF un ūdens mijiedarbības enerģija gandrīz divkāršosies (salīdzinot ar peldošu NGF) un ka NGF malas salocīsies, lai saglabātu augstu kontakta leņķi (hidrofobitāti). Mēs uzskatām, ka var izstrādāt stratēģijas, lai izvairītos no iegulto NGF malu saritināšanās. Viena pieeja ir izmantot jauktus šķīdinātājus, lai modulētu grafīta plēves mitrināšanas reakciju59.
SLG pārnešana uz dažādu veidu substrātiem, izmantojot mitrus ķīmiskās pārneses procesus, ir iepriekš ziņota. Ir vispārpieņemts, ka starp grafēna/grafīta plēvēm un substrātiem (vai tie būtu stingri substrāti, piemēram, SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si pīlāri22 un mežģīņu oglekļa plēves30, 34, vai elastīgi substrāti, piemēram, poliimīds 37) pastāv vāji van der Valsa spēki. Šeit mēs pieņemam, ka dominē viena veida mijiedarbības. Mehāniskās apstrādes laikā (raksturojot vakuumā un/vai atmosfēras apstākļos vai uzglabāšanas laikā) nevienam no šeit parādītajiem substrātiem mēs nenovērojām nekādus NGF bojājumus vai lobīšanos (piemēram, 2. attēls, SI7 un SI9). Turklāt mēs nenovērojām SiC pīķi NGF/SiO2/Si parauga kodola līmeņa XPS C 1 s spektrā (4. attēls). Šie rezultāti liecina, ka starp NGF un mērķa substrātu nav ķīmiskas saites.
Iepriekšējā sadaļā “FS- un BS-NGF pārnešana bez polimēriem” mēs parādījām, ka NGF var augt un pārnest uz abām niķeļa folijas pusēm. Šie FS-NGF un BS-NGF nav identiski virsmas raupjuma ziņā, kas pamudināja mūs izpētīt katra veida piemērotākos pielietojumus.
Ņemot vērā FS-NGF caurspīdīgumu un gludāko virsmu, mēs detalizētāk pētījām tā lokālo struktūru, optiskās un elektriskās īpašības. FS-NGF struktūra un struktūra bez polimēru pārneses tika raksturota ar transmisijas elektronu mikroskopijas (TEM) attēlveidošanu un izvēlētās zonas elektronu difrakcijas (SAED) modeļa analīzi. Atbilstošie rezultāti ir parādīti 5. attēlā. Zema palielinājuma plaknes TEM attēlveidošana atklāja NGF un FLG reģionu klātbūtni ar atšķirīgām elektronu kontrasta īpašībām, t.i., attiecīgi tumšākām un gaišākām zonām (5.a att.). Kopumā plēvei ir laba mehāniskā integritāte un stabilitāte starp dažādiem NGF un FLG reģioniem, ar labu pārklāšanos un bez bojājumiem vai plīsumiem, ko apstiprināja arī SEM (3. attēls) un augsta palielinājuma TEM pētījumi (5.c–e attēls). Konkrēti, 5.d attēlā parādīta tilta struktūra tās lielākajā daļā (pozīcija, kas 5.d attēlā atzīmēta ar melno punktēto bultiņu), kam raksturīga trīsstūrveida forma un kas sastāv no grafēna slāņa ar aptuveni 51 platumu. Sastāvs ar starpplakņu atstarpi 0,33 ± 0,01 nm tiek tālāk reducēts līdz vairākiem grafēna slāņiem šaurākajā apgabalā (5. attēla d daļā redzamās nepārtrauktās melnās bultiņas gals).
NiAG parauga bez polimēriem plaknes TEM attēls uz oglekļa mežģīņu vara režģa: (a, b) Zema palielinājuma TEM attēli, tostarp NGF un FLG reģioni, (ce) Dažādu a un b paneļa reģionu augsta palielinājuma attēli ir atzīmēti ar vienas krāsas bultiņām. Zaļās bultiņas a un c paneļos norāda uz apļveida bojājumu zonām staru kūļa izlīdzināšanas laikā. (f–i) a līdz c paneļos SAED raksti dažādos reģionos ir apzīmēti attiecīgi ar ziliem, ciāna, oranžiem un sarkaniem apļiem.
5.c attēlā redzamā lentes struktūra parāda (atzīmēta ar sarkanu bultiņu) grafīta režģa plakņu vertikālo orientāciju, kas var būt saistīta ar nanokroku veidošanos gar plēvi (ieliktnis 5.c attēlā) pārmērīga nekompensēta bīdes sprieguma dēļ 30,61,62. Augstas izšķirtspējas TEM apstākļos šiem nanokrokiem 30 ir atšķirīga kristalogrāfiskā orientācija nekā pārējam NGF reģionam; grafīta režģa bazālās plaknes ir orientētas gandrīz vertikāli, nevis horizontāli kā pārējā plēve (ieliktnis 5.c attēlā). Līdzīgi FLG reģionā reizēm ir redzamas lineāras un šauras joslveida krokas (atzīmētas ar zilām bultiņām), kas parādās pie maza un vidēja palielinājuma attiecīgi 5.b un 5.e attēlā. 5.e attēla ieliktnis apstiprina divu un trīs slāņu grafēna slāņu klātbūtni FLG sektorā (starpplakņu attālums 0,33 ± 0,01 nm), kas labi atbilst mūsu iepriekšējiem rezultātiem 30. Turklāt SI9. attēlā ir parādīti ierakstīti SEM attēli ar polimēru nesaturošu NGF, kas pārnests uz vara režģiem ar mežģīņu oglekļa plēvēm (pēc TEM mērījumu veikšanas no augšas). Labi suspendētais FLG reģions (atzīmēts ar zilu bultiņu) un pārtrauktais reģions ir redzami SI9f. attēlā. Zilā bultiņa (pārnestā NGF malā) ir apzināti attēlota, lai parādītu, ka FLG reģions var izturēt pārneses procesu bez polimēra. Rezumējot, šie attēli apstiprina, ka daļēji suspendētais NGF (ieskaitot FLG reģionu) saglabā mehānisko integritāti pat pēc stingras apstrādes un pakļaušanas augstam vakuumam TEM un SEM mērījumu laikā (SI9. attēls).
Pateicoties NGF lieliskajam līdzenumam (sk. 5.a attēlu), nav grūti orientēt pārslas pa [0001] domēna asi, lai analizētu SAED struktūru. Atkarībā no plēves lokālā biezuma un tās atrašanās vietas elektronu difrakcijas pētījumiem tika identificēti vairāki interesējošie reģioni (12 punkti). 5.a–c attēlā ir parādīti četri no šiem tipiskajiem reģioniem un atzīmēti ar krāsainiem apļiem (zils, ciāna, oranžs un sarkans kodējums). 2. un 3. attēls SAED režīmam. 5.f un g attēls tika iegūts no FLG reģiona, kas parādīts 5. un 5. attēlā. Kā parādīts attiecīgi 5.b un 5.c attēlā. Tiem ir sešstūraina struktūra, kas līdzīga savītam grafēnam63. Konkrēti, 5.f attēlā parādīti trīs uzlikti raksti ar vienādu [0001] zonas ass orientāciju, pagriezti par 10° un 20°, ko apliecina trīs (10-10) refleksiju pāru leņķiskā neatbilstība. Līdzīgi 5.g attēlā redzami divi uzlikti sešstūra raksti, kas pagriezti par 20°. Divas vai trīs sešstūra rakstu grupas FLG reģionā var rasties no trim plaknē vai ārpus plaknes esošiem grafēna slāņiem 33, kas pagriezti viens attiecībā pret otru. Turpretī 5.h,i attēlā redzamie elektronu difrakcijas raksti (kas atbilst 5.a attēlā redzamajam NGF reģionam) parāda vienu [0001] rakstu ar kopumā augstāku punkta difrakcijas intensitāti, kas atbilst lielākam materiāla biezumam. Šie SAED modeļi atbilst biezākai grafīta struktūrai un starpposma orientācijai nekā FLG, kā secināts no indeksa 64. NGF kristālisko īpašību raksturojums atklāja divu vai trīs uzliktu grafīta (vai grafēna) kristālītu līdzāspastāvēšanu. Īpaši ievērības cienīgs FLG reģionā ir tas, ka kristālītiem ir zināma plaknes vai ārpus plaknes dezorientācija. Grafīta daļiņas/slāņi ar plaknes rotācijas leņķiem 17°, 22° un 25° iepriekš ir ziņoti NGF, kas audzēts uz Ni 64 plēvēm. Šajā pētījumā novērotās rotācijas leņķa vērtības atbilst iepriekš novērotajiem savītā BLG63 grafēna rotācijas leņķiem (±1°).
NGF/SiO2/Si elektriskās īpašības tika mērītas 300 K temperatūrā 10 × 3 mm2 laukumā. Elektronu nesēju koncentrācijas, mobilitātes un vadītspējas vērtības ir attiecīgi 1,6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 un 2000 S-cm-1. Mūsu NGF mobilitātes un vadītspējas vērtības ir līdzīgas dabiskajam grafītam2 un augstākas nekā komerciāli pieejamajam augsti orientētajam pirolītiskajam grafītam (ražots 3000 °C temperatūrā)29. Novērotās elektronu nesēju koncentrācijas vērtības ir par divām lieluma kārtām augstākas nekā nesen ziņotās (7,25 × 10 cm-3) mikronu biezām grafīta plēvēm, kas sagatavotas, izmantojot augstas temperatūras (3200 °C) poliimīda loksnes20.
Mēs arī veicām UV-redzamās gaismas caurlaidības mērījumus FS-NGF, kas pārnests uz kvarca substrātiem (6. attēls). Iegūtais spektrs uzrāda gandrīz nemainīgu 62% caurlaidību diapazonā no 350 līdz 800 nm, kas norāda, ka NGF ir caurspīdīgs redzamajai gaismai. Faktiski nosaukumu “KAUST” var redzēt parauga digitālajā fotogrāfijā 6.b attēlā. Lai gan NGF nanokristāliskā struktūra atšķiras no SLG struktūras, slāņu skaitu var aptuveni novērtēt, izmantojot likumu par 2,3% caurlaidības zudumiem uz katru papildu slāni65. Saskaņā ar šo sakarību grafēna slāņu skaits ar 38% caurlaidības zudumiem ir 21. Izaudzētais NGF galvenokārt sastāv no 300 grafēna slāņiem, t.i., aptuveni 100 nm bieziem (1. att., SI5 un SI7). Tāpēc mēs pieņemam, ka novērotā optiskā caurlaidība atbilst FLG un MLG reģioniem, jo tie ir izkliedēti visā plēvē (1., 3., 5. un 6.c att.). Papildus iepriekšminētajiem strukturālajiem datiem, vadītspēja un caurspīdīgums apstiprina arī pārnestā NGF augsto kristālisko kvalitāti.
(a) UV-redzamās gaismas caurlaidības mērījums, (b) tipiska NGF pārnešana uz kvarca, izmantojot reprezentatīvu paraugu. (c) NGF shēma (tumšā kaste) ar vienmērīgi sadalītiem FLG un MLG reģioniem, kas visā paraugā atzīmēti kā pelēkas nejaušas formas (sk. 1. attēlu) (aptuveni 0,1–3% laukuma uz 100 μm2). Diagrammā redzamās nejaušās formas un to izmēri ir paredzēti tikai ilustratīviem nolūkiem un neatbilst faktiskajiem laukumiem.
Caurspīdīgs NGF, kas audzēts ar CVD metodi, iepriekš ir pārnests uz kailām silīcija virsmām un izmantots saules baterijās15,16. Iegūtā jaudas konversijas efektivitāte (PCE) ir 1,5%. Šie NGF veic vairākas funkcijas, piemēram, aktīvo savienojumu slāņus, lādiņu transportēšanas ceļus un caurspīdīgus elektrodus15,16. Tomēr grafīta plēve nav vienmērīga. Nepieciešama turpmāka optimizācija, rūpīgi kontrolējot grafīta elektroda loksnes pretestību un optisko caurlaidību, jo šīm divām īpašībām ir svarīga loma saules baterijas PCE vērtības noteikšanā15,16. Parasti grafēna plēves ir 97,7% caurspīdīgas redzamajai gaismai, bet to loksnes pretestība ir 200–3000 omi/kv.16. Grafēna plēvju virsmas pretestību var samazināt, palielinot slāņu skaitu (grafēna slāņu vairākkārtēja pārnešana) un leģējot ar HNO3 (~30 omi/kv.)66. Tomēr šis process aizņem ilgu laiku, un dažādie pārneses slāņi ne vienmēr uztur labu kontaktu. Mūsu priekšējās puses NGF ir tādas īpašības kā vadītspēja 2000 S/cm, plēves loksnes pretestība 50 omi/kv. un 62% caurspīdīgums, padarot to par dzīvotspējīgu alternatīvu vadošiem kanāliem vai pretelektrodiem saules baterijās15,16.
Lai gan BS-NGF struktūra un virsmas ķīmija ir līdzīga FS-NGF, tā raupjums atšķiras ("FS- un BS-NGF augšana"). Iepriekš kā gāzes sensoru mēs izmantojām īpaši plānu grafīta kārtiņu22. Tāpēc mēs pārbaudījām BS-NGF izmantošanas iespējamību gāzes uztveršanas uzdevumos (SI10. attēls). Vispirms mm2 izmēra BS-NGF porcijas tika pārnestas uz savstarpēji mijiedarbojošā elektroda sensora mikroshēmu (SI10a-c attēls). Mikroshēmas ražošanas detaļas tika ziņotas iepriekš; tās aktīvā jutības zona ir 9 mm267. SEM attēlos (SI10b un c attēls) caur NGF ir skaidri redzams pamatā esošais zelta elektrods. Atkal var redzēt, ka visiem paraugiem tika panākts vienmērīgs mikroshēmas pārklājums. Tika reģistrēti dažādu gāzu gāzes sensoru mērījumi (SI10d attēls) (SI11. attēls), un iegūtie reakcijas ātrumi ir parādīti SI10g attēlā. Visticamāk, ar citām traucējošām gāzēm, tostarp SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) un NH3 (200 ppm). Viens no iespējamiem cēloņiem ir NO2. Gāzes elektrofilais raksturs22,68. Adsorbējoties uz grafēna virsmas, tā samazina elektronu strāvas absorbciju sistēmā. BS-NGF sensora reakcijas laika datu salīdzinājums ar iepriekš publicētajiem sensoriem ir sniegts SI2 tabulā. Pašlaik turpinās mehānisms NGF sensoru atkārtotai aktivizēšanai, izmantojot UV plazmu, O3 plazmu vai termisko (50–150 °C) apstrādi eksponētiem paraugiem, un ideālā gadījumā tam seko iegulto sistēmu ieviešana69.
CVD procesa laikā grafēna augšana notiek abās katalizatora substrāta pusēs41. Tomēr BS-grafēns parasti tiek izmests pārneses procesā41. Šajā pētījumā mēs parādām, ka augstas kvalitātes NGF augšanu un polimēru nesaturošu NGF pārnesi var panākt abās katalizatora nesēja pusēs. BS-NGF ir plānāks (~80 nm) nekā FS-NGF (~100 nm), un šī atšķirība tiek izskaidrota ar to, ka BS-Ni nav tieši pakļauts prekursora gāzes plūsmai. Mēs arī atklājām, ka NiAR substrāta raupjums ietekmē NGF raupjumu. Šie rezultāti liecina, ka audzēto plakni FS-NGF var izmantot kā grafēna prekursora materiālu (ar eksfoliācijas metodi70) vai kā vadošu kanālu saules baterijās15,16. Turpretī BS-NGF tiks izmantots gāzes noteikšanai (SI9. att.) un, iespējams, enerģijas uzkrāšanas sistēmās71,72, kur tā virsmas raupjums būs noderīgs.
Ņemot vērā iepriekš minēto, ir lietderīgi apvienot pašreizējo darbu ar iepriekš publicētajām grafīta plēvēm, kas audzētas ar CVD metodi un izmantojot niķeļa foliju. Kā redzams 2. tabulā, izmantotais augstāks spiediens saīsināja reakcijas laiku (augšanas stadiju) pat relatīvi zemā temperatūrā (850–1300 °C diapazonā). Mēs arī panācām lielāku augšanu nekā parasti, kas norāda uz potenciālu izplešanos. Jāņem vērā arī citi faktori, no kuriem dažus esam iekļāvuši tabulā.
Ar katalītiskā CVD metodi uz niķeļa folijas tika audzēts divpusējs augstas kvalitātes NGF. Likvidējot tradicionālos polimēru substrātus (piemēram, tos, ko izmanto CVD grafēnā), mēs panākam tīru un bez defektiem NGF (audzēta niķeļa folijas aizmugurē un priekšpusē) mitru pārnesi uz dažādiem procesam kritiski svarīgiem substrātiem. Jāatzīmē, ka NGF ietver FLG un MLG reģionus (parasti no 0,1% līdz 3% uz 100 µm2), kas strukturāli labi integrējas biezākajā plēvē. Planārā TEM parāda, ka šie reģioni sastāv no divu līdz trīs grafīta/grafēna daļiņu (attiecīgi kristālu vai slāņu) kaudzēm, no kurām dažām ir rotācijas neatbilstība 10–20°. FLG un MLG reģioni ir atbildīgi par FS-NGF caurspīdīgumu redzamajā gaismā. Kas attiecas uz aizmugurējām loksnēm, tās var nest paralēli priekšējām loksnēm un, kā parādīts, tām var būt funkcionāls mērķis (piemēram, gāzes noteikšanai). Šie pētījumi ir ļoti noderīgi atkritumu un izmaksu samazināšanai rūpnieciska mēroga CVD procesos.
Kopumā CVD NGF vidējais biezums atrodas starp (zema un daudzslāņu) grafēna un rūpnieciskā (mikrometru) grafīta loksnēm. To interesantās īpašības apvienojumā ar vienkāršo metodi, ko esam izstrādājuši to ražošanai un transportēšanai, padara šīs plēves īpaši piemērotas lietojumiem, kuriem nepieciešama grafīta funkcionālā reakcija, neradot izmaksas, kas saistītas ar pašlaik izmantotajiem energoietilpīgajiem rūpnieciskajiem ražošanas procesiem.
Komerciālā CVD reaktorā (Aixtron 4 collu BMPro) tika uzstādīta 25 μm bieza niķeļa folija (99,5 % tīrība, Goodfellow). Sistēma tika attīrīta ar argonu un vakuumēta līdz bāzes spiedienam 10⁻³ mbar. Pēc tam niķeļa folija tika ievietota Ar/H2 (pēc Ni folijas iepriekšējas atkvēlināšanas 5 minūtes, folija tika pakļauta 500 mbar spiedienam 900 °C temperatūrā). NGF tika nogulsnēts CH4/H2 plūsmā (100 cm3 katrā) 5 minūtes. Pēc tam paraugu atdzesēja līdz temperatūrai zem 700 °C, izmantojot Ar plūsmu (4000 cm3) ar ātrumu 40 °C/min. Sīkāka informācija par NGF augšanas procesa optimizāciju ir aprakstīta citur30.
Parauga virsmas morfoloģija tika vizualizēta ar SEM, izmantojot Zeiss Merlin mikroskopu (1 kV, 50 pA). Parauga virsmas raupjums un NGF biezums tika mērīti, izmantojot AFM (Dimension Icon SPM, Bruker). TEM un SAED mērījumi tika veikti, izmantojot FEI Titan 80–300 kubveida mikroskopu, kas aprīkots ar augstas spilgtuma lauka emisijas lielgabalu (300 kV), FEI Wien tipa monohromatoru un CEOS lēcas sfēriskās aberācijas korektoru, lai iegūtu galīgos rezultātus. Telpiskā izšķirtspēja 0,09 nm. NGF paraugi tika pārvietoti uz oglekļa mežģīņu pārklātiem vara režģiem plakanās TEM attēlveidošanai un SAED struktūras analīzei. Tādējādi lielākā daļa parauga floku ir suspendēti nesošās membrānas porās. Pārnestie NGF paraugi tika analizēti ar XRD. Rentgenstaru difrakcijas modeļi tika iegūti, izmantojot pulvera difraktometru (Brucker, D2 fāzes nobīdītājs ar Cu Kα avotu, 1,5418 Å un LYNXEYE detektoru), izmantojot Cu starojuma avotu ar staru punkta diametru 3 mm.
Vairāki Ramana punkta mērījumi tika reģistrēti, izmantojot integrējošo konfokālo mikroskopu (Alpha 300 RA, WITeC). Lai izvairītos no termiski inducētiem efektiem, tika izmantots 532 nm lāzers ar zemu ierosmes jaudu (25%). Rentgenstaru fotoelektronu spektroskopija (XPS) tika veikta ar Kratos Axis Ultra spektrometru 300 × 700 μm2 parauga laukumā, izmantojot monohromatisku Al Kα starojumu (hν = 1486,6 eV) ar jaudu 150 W. Izšķirtspējas spektri tika iegūti attiecīgi pie pārraides enerģijām 160 eV un 20 eV. Uz SiO2 pārnestie NGF paraugi tika sagriezti gabalos (katrs 3 × 10 mm2), izmantojot PLS6MW (1,06 μm) iterbija šķiedras lāzeru ar jaudu 30 W. Vara stiepļu kontakti (50 μm biezi) tika izgatavoti, izmantojot sudraba pastu optiskajā mikroskopā. Elektriskās pārneses un Hola efekta eksperimenti tika veikti ar šiem paraugiem 300 K temperatūrā un ar magnētiskā lauka variāciju ± 9 Tesla fizikālo īpašību mērīšanas sistēmā (PPMS EverCool-II, Quantum Design, ASV). Caurlaidīgie UV-vis spektri tika reģistrēti, izmantojot Lambda 950 UV-vis spektrofotometru 350–800 nm NGF diapazonā, pārnesot tos uz kvarca substrātiem un kvarca references paraugiem.
Ķīmiskās pretestības sensors (saīsināta elektroda mikroshēma) tika pievienots pielāgotai iespiedshēmas platei 73, un pretestība tika īslaicīgi noņemta. Iespiedshēmas plate, uz kuras atrodas ierīce, ir savienota ar kontakta spailēm un ievietota gāzes uztveršanas kamerā 74. Pretestības mērījumi tika veikti pie 1 V sprieguma ar nepārtrauktu skenēšanu no attīrīšanas līdz gāzes iedarbībai un pēc tam atkārtotai attīrīšanai. Kamera sākotnēji tika iztīrīta, 1 stundu attīrot ar slāpekli ar ātrumu 200 cm3, lai nodrošinātu visu pārējo kamerā esošo analītu, tostarp mitruma, noņemšanu. Pēc tam atsevišķās analītas lēnām tika izlaistas kamerā ar tādu pašu plūsmas ātrumu 200 cm3, aizverot N2 balonu.
Šī raksta pārskatītā versija ir publicēta, un tai var piekļūt, izmantojot saiti raksta augšdaļā.
Inagaki, M. un Kang, F. Oglekļa materiālu zinātne un inženierija: pamati. Otrais izdevums, rediģēts. 2014. 542. lpp.
Pīrsons, HO. Oglekļa, grafīta, dimanta un fullerēnu rokasgrāmata: īpašības, apstrāde un pielietojums. Pirmais izdevums ir rediģēts. 1994, Ņūdžersija.
Tsai, W. et al. Liela laukuma daudzslāņu grafēna/grafīta plēves kā caurspīdīgi, plāni vadoši elektrodi. Pielietojums. Fizika. Wright. 95(12), 123–115(2009).
Balandin AA Grafēna un nanostrukturētu oglekļa materiālu termiskās īpašības. Nat. Matt. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW un Cahill DG. Uz Ni (111) ar zemas temperatūras ķīmisko tvaiku pārklāšanu audzētu grafīta plēvju siltumvadītspēja. adverbs. Matt. Interface 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Grafēna plēvju nepārtraukta augšana ar ķīmiskās tvaiku pārklāšanas metodi. pielietojums. fizika. Wright. 98(13), 133–106(2011).
Publicēšanas laiks: 2024. gada 23. augusts