Dziękujemy za odwiedzenie strony Nature.com. Wersja przeglądarki, której używasz, ma ograniczoną obsługę CSS. Aby uzyskać najlepsze rezultaty, zalecamy korzystanie z nowszej wersji przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer). W międzyczasie, aby zapewnić ciągłą obsługę, wyświetlamy witrynę bez stylów i JavaScriptu.
Nanowarstwy grafitowe (NGF) to wytrzymałe nanomateriały, które można wytwarzać metodą katalitycznego chemicznego osadzania z fazy gazowej. Pozostają jednak pytania dotyczące łatwości ich transferu i wpływu morfologii powierzchni na ich zastosowanie w urządzeniach nowej generacji. W niniejszym artykule przedstawiamy wzrost NGF po obu stronach polikrystalicznej folii niklowej (powierzchnia 55 cm², grubość około 100 nm) oraz jej transfer bez udziału polimeru (przód i tył, powierzchnia do 6 cm²). Ze względu na morfologię folii katalizatora, dwie warstwy węglowe różnią się właściwościami fizycznymi i innymi cechami (takimi jak chropowatość powierzchni). Wykazujemy, że NGF o bardziej szorstkiej stronie tylnej dobrze nadają się do detekcji NO2, podczas gdy gładsze i bardziej przewodzące NGF po stronie przedniej (2000 S/cm, rezystancja powierzchniowa – 50 omów/m²) mogą być żywotnymi przewodnikami. kanał lub elektroda ogniwa słonecznego (ponieważ przepuszcza 62% światła widzialnego). Ogólnie rzecz biorąc, opisane procesy wzrostu i transportu mogą pomóc w realizacji NGF jako alternatywnego materiału węglowego do zastosowań technologicznych, w których grafen i mikronowej grubości warstwy grafitu nie sprawdzają się.
Grafit jest szeroko stosowanym materiałem przemysłowym. Co istotne, grafit charakteryzuje się stosunkowo niską gęstością masową i wysoką przewodnością cieplną i elektryczną w płaszczyźnie, a także jest bardzo stabilny w trudnych warunkach termicznych i chemicznych1,2. Grafit płatkowy jest dobrze znanym materiałem wyjściowym do badań nad grafenem3. Po przetworzeniu w cienkie warstwy może być wykorzystywany w szerokim zakresie zastosowań, w tym w radiatorach urządzeń elektronicznych, takich jak smartfony4,5,6,7, jako materiał aktywny w czujnikach8,9,10 oraz do ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi11,12 oraz w warstwach do litografii w skrajnym ultrafiolecie13,14, kanałach przewodzących w ogniwach słonecznych15,16. We wszystkich tych zastosowaniach istotną zaletą byłaby możliwość łatwego wytwarzania i transportu dużych powierzchni warstw grafitowych (NGF) o grubości kontrolowanej w skali nano <100 nm.
Warstwy grafitowe są wytwarzane różnymi metodami. W jednym przypadku, osadzanie i ekspandowanie, a następnie eksfoliacja, zostały wykorzystane do wytworzenia płatków grafenu10,11,17. Płatki muszą być dalej przetwarzane w warstwy o wymaganej grubości, a uzyskanie gęstych arkuszy grafitu często zajmuje kilka dni. Innym podejściem jest rozpoczęcie od grafitowalnych stałych prekursorów. W przemyśle arkusze polimerów są karbonizowane (w temperaturze 1000–1500°C), a następnie grafityzowane (w temperaturze 2800–3200°C), tworząc dobrze ustrukturyzowane materiały warstwowe. Chociaż jakość tych warstw jest wysoka, zużycie energii jest znaczne1,18,19, a minimalna grubość jest ograniczona do kilku mikronów1,18,19,20.
Katalityczne osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD) to dobrze znana metoda wytwarzania grafenu i ultracienkich warstw grafitu (<10 nm) o wysokiej jakości strukturalnej i rozsądnych kosztach21,22,23,24,25,26,27. Jednak w porównaniu z produkcją grafenu i ultracienkich warstw grafitu28, hodowla na dużych powierzchniach i/lub zastosowanie NGF metodą CVD jest jeszcze mniej zbadane11,13,29,30,31,32,33.
Warstwy grafenu i grafitu wytwarzane metodą CVD często muszą być przenoszone na podłoża funkcjonalne34. Te transfery cienkich warstw obejmują dwie główne metody35: (1) transfer bez trawienia36,37 i (2) transfer chemiczny na mokro oparty na trawieniu (na podłożu)14,34,38. Każda metoda ma pewne zalety i wady i musi być wybrana w zależności od zamierzonego zastosowania, jak opisano w innym miejscu35,39. W przypadku warstw grafenu/grafitu wytwarzanych na podłożach katalitycznych, transfer za pomocą mokrych procesów chemicznych (z których polimetakrylan metylu (PMMA) jest najczęściej stosowaną warstwą nośną) pozostaje pierwszym wyborem13,30,34,38,40,41,42. You i in. Wspomniano, że do transferu NGF nie użyto żadnego polimeru (wielkość próbki około 4 cm2)25,43, ale nie podano szczegółów dotyczących stabilności próbki i/lub postępowania z nią podczas transferu; Procesy chemii mokrej z wykorzystaniem polimerów składają się z kilku etapów, w tym nakładania i późniejszego usuwania warstwy polimeru ofiarnego30,38,40,41,42. Proces ten ma wady: na przykład pozostałości polimeru mogą zmienić właściwości wytworzonej folii38. Dodatkowe przetwarzanie może usunąć pozostałości polimeru, ale te dodatkowe etapy zwiększają koszty i czas produkcji folii38,40. Podczas wzrostu CVD warstwa grafenu osadza się nie tylko na przedniej stronie folii katalizatora (stronie zwróconej do strumienia pary), ale także na jej tylnej stronie. Ta ostatnia jest jednak uważana za produkt odpadowy i może być szybko usunięta za pomocą miękkiej plazmy38,41. Recykling tej folii może pomóc zmaksymalizować wydajność, nawet jeśli jest ona gorszej jakości niż wierzchnia folia węglowa.
W niniejszym artykule przedstawiamy opracowanie metody dwustronnego wzrostu NGF w skali wafla na polikrystalicznej folii niklowej metodą CVD, charakteryzującej się wysoką jakością strukturalną. Oceniono wpływ chropowatości przedniej i tylnej powierzchni folii na morfologię i strukturę NGF. Przedstawiamy również ekonomiczną i przyjazną dla środowiska metodę transferu NGF z obu stron folii niklowej na podłoża wielofunkcyjne, bez użycia polimerów, oraz pokazujemy, jak przednia i tylna warstwa nadają się do różnych zastosowań.
W poniższych sekcjach omówiono różne grubości folii grafitowych w zależności od liczby ułożonych warstw grafenu: (i) grafen jednowarstwowy (SLG, 1 warstwa), (ii) grafen wielowarstwowy (FLG, < 10 warstw), (iii) grafen wielowarstwowy (MLG, 10–30 warstw) oraz (iv) NGF (~300 warstw). Ta ostatnia jest najczęściej spotykaną grubością wyrażoną jako procent powierzchni (około 97% powierzchni na 100 µm²)30. Dlatego cała folia jest po prostu nazywana NGF.
Polikrystaliczne folie niklowe stosowane do syntezy warstw grafenu i grafitu charakteryzują się zróżnicowaną teksturą w wyniku procesu produkcji i późniejszej obróbki. Niedawno opublikowaliśmy wyniki badań mających na celu optymalizację procesu wzrostu NGF30. Wykazaliśmy, że parametry procesu, takie jak czas wyżarzania i ciśnienie w komorze podczas etapu wzrostu, odgrywają kluczową rolę w uzyskiwaniu NGF o jednorodnej grubości. W niniejszym artykule zbadaliśmy dalej wzrost NGF na polerowanej powierzchni przedniej (FS) i niepolerowanej powierzchni tylnej (BS) folii niklowej (rys. 1a). Przebadano trzy rodzaje próbek, FS i BS, wymienione w tabeli 1. Po inspekcji wizualnej można zaobserwować równomierny wzrost NGF po obu stronach folii niklowej (NiAG) poprzez zmianę koloru podłoża Ni z charakterystycznego metalicznego srebrnoszarego na matowoszary (rys. 1a); pomiary mikroskopowe zostały potwierdzone (rys. 1b, c). Typowe widmo Ramana FS-NGF, widoczne w jasnym obszarze i oznaczone czerwonymi, niebieskimi i pomarańczowymi strzałkami na rysunku 1b, przedstawiono na rysunku 1c. Charakterystyczne piki ramanowskie grafitu G (1683 cm−1) i 2D (2696 cm−1) potwierdzają wzrost wysoce krystalicznego NGF (rys. 1c, tabela SI1). W całej warstwie obserwowano przewagę widm ramanowskich o stosunku intensywności (I2D/IG) ~0,3, podczas gdy widma ramanowskie o I2D/IG = 0,8 były obserwowane rzadko. Brak defektowych pików (D = 1350 cm−1) w całej warstwie wskazuje na wysoką jakość wzrostu NGF. Podobne wyniki ramanowskie uzyskano dla próbki BS-NGF (rysunek SI1 a i b, tabela SI1).
Porównanie NiAG FS- i BS-NGF: (a) Fotografia typowej próbki NGF (NiAG) pokazująca wzrost NGF w skali wafla (55 cm2) i powstałe próbki folii BS i FS-Ni, (b) Obrazy FS-NGF/Ni uzyskane za pomocą mikroskopu optycznego, (c) typowe widma Ramana zarejestrowane w różnych pozycjach na panelu b, (d, f) Obrazy SEM przy różnych powiększeniach na FS-NGF/Ni, (e, g) Obrazy SEM przy różnych powiększeniach Zestawy BS -NGF/Ni. Niebieska strzałka wskazuje obszar FLG, pomarańczowa strzałka wskazuje obszar MLG (w pobliżu obszaru FLG), czerwona strzałka wskazuje obszar NGF, a magenta strzałka wskazuje fałd.
Ponieważ wzrost zależy od grubości początkowego podłoża, rozmiaru kryształu, orientacji i granic ziaren, osiągnięcie rozsądnej kontroli grubości NGF na dużych obszarach pozostaje wyzwaniem20,34,44. W niniejszym badaniu wykorzystano opublikowane przez nas wcześniej materiały30. Proces ten wytwarza jasny obszar o grubości od 0,1 do 3% na 100 µm230. W kolejnych sekcjach przedstawiamy wyniki dla obu typów obszarów. Obrazy SEM o dużym powiększeniu pokazują obecność kilku jasnych obszarów kontrastowych po obu stronach (rys. 1f, g), co wskazuje na obecność obszarów FLG i MLG30,45. Potwierdziły to również wyniki rozpraszania Ramana (rys. 1c) i TEM (omówione później w sekcji „FS-NGF: struktura i właściwości”). Obszary FLG i MLG obserwowane na próbkach FS- i BS-NGF/Ni (przedni i tylny NGF wyhodowany na Ni) mogły wyrosnąć na dużych ziarnach Ni(111) utworzonych podczas wstępnego wyżarzania22,30,45. Zaobserwowano fałdowanie po obu stronach (rys. 1b, zaznaczone fioletowymi strzałkami). Fałdy te często występują w warstwach grafenu i grafitu wytwarzanych metodą CVD ze względu na dużą różnicę współczynnika rozszerzalności cieplnej między grafitem a podłożem niklowym30,38.
Obraz AFM potwierdził, że próbka FS-NGF była bardziej płaska niż próbka BS-NGF (rysunek SI1) (rysunek SI2). Średnio kwadratowe wartości chropowatości (RMS) FS-NGF/Ni (rysunek SI2c) i BS-NGF/Ni (rysunek SI2d) wynoszą odpowiednio 82 i 200 nm (mierzone na powierzchni 20 × 20 μm2). Większą chropowatość można zrozumieć na podstawie analizy powierzchni folii niklowej (NiAR) w stanie otrzymanym (rysunek SI3). Obrazy SEM FS i BS-NiAR pokazano na rysunkach SI3a–d, demonstrując różne morfologie powierzchni: wypolerowana folia FS-Ni ma cząstki kuliste o rozmiarach nano i mikronów, podczas gdy niewypolerowana folia BS-Ni wykazuje drabinę produkcyjną. jako cząstki o wysokiej wytrzymałości. i spadku. Obrazy o niskiej i wysokiej rozdzielczości wyżarzanej folii niklowej (NiA) przedstawiono na rysunku SI3e–h. Na rysunkach tych możemy zaobserwować obecność cząstek niklu o wielkości kilku mikronów po obu stronach folii niklowej (rys. SI3e–h). Duże ziarna mogą mieć orientację powierzchni Ni(111), jak wcześniej zgłaszano30,46. Istnieją znaczące różnice w morfologii folii niklowej między FS-NiA i BS-NiA. Większa chropowatość BS-NGF/Ni wynika z niepolerowanej powierzchni BS-NiAR, której powierzchnia pozostaje znacząco chropowata nawet po wyżarzaniu (rysunek SI3). Ten rodzaj charakterystyki powierzchni przed procesem wzrostu pozwala kontrolować chropowatość warstw grafenu i grafitu. Należy zauważyć, że oryginalne podłoże uległo pewnej reorganizacji ziaren podczas wzrostu grafenu, co nieznacznie zmniejszyło rozmiar ziaren i nieco zwiększyło chropowatość powierzchni podłoża w porównaniu z wyżarzaną folią i warstwą katalizatora22.
Precyzyjne dostrojenie chropowatości powierzchni podłoża, czasu wyżarzania (wielkości ziarna)30,47 i kontroli uwalniania43 pomoże zmniejszyć regionalną jednorodność grubości NGF do skali µm² i/lub nawet nm² (tj. wahania grubości rzędu kilku nanometrów). Aby kontrolować chropowatość powierzchni podłoża, można rozważyć metody takie jak polerowanie elektrolityczne powstałej folii niklowej48. Wstępnie obrobioną folię niklową można następnie wyżarzać w niższej temperaturze (<900°C)46 i krótszym czasie (<5 min), aby uniknąć tworzenia się dużych ziaren Ni(111) (co jest korzystne dla wzrostu FLG).
Grafen SLG i FLG nie jest w stanie wytrzymać napięcia powierzchniowego kwasów i wody, co wymaga mechanicznych warstw podporowych podczas mokrych procesów transferu chemicznego22,34,38. W przeciwieństwie do mokrego transferu chemicznego jednowarstwowego grafenu na nośniku polimerowym38, odkryliśmy, że obie strony wyhodowanego NGF można przenieść bez nośnika polimerowego, jak pokazano na rysunku 2a (więcej szczegółów można znaleźć na rysunku SI4a). Transfer NGF na dane podłoże rozpoczyna się od mokrego trawienia znajdującej się pod spodem warstwy Ni30.49. Wyhodowane próbki NGF/Ni/NGF umieszczono na noc w 15 ml 70% HNO3 rozcieńczonego 600 ml wody dejonizowanej (DI). Po całkowitym rozpuszczeniu folii Ni, FS-NGF pozostaje płaski i unosi się na powierzchni cieczy, podobnie jak próbka NGF/Ni/NGF, podczas gdy BS-NGF jest zanurzony w wodzie (rys. 2a,b). Następnie wyizolowany NGF przeniesiono z jednej zlewki zawierającej świeżą wodę dejonizowaną do drugiej i dokładnie przemyto, powtarzając tę czynność cztery do sześciu razy w wklęsłym naczyniu szklanym. Na koniec FS-NGF i BS-NGF umieszczono na wybranym podłożu (rys. 2c).
Proces transferu chemicznego na mokro bez użycia polimerów dla NGF hodowanego na folii niklowej: (a) Schemat blokowy procesu (więcej szczegółów na rysunku SI4), (b) Cyfrowe zdjęcie oddzielonego NGF po trawieniu Ni (2 próbki), (c) Przykład transferu FS i BS-NGF na podłoże SiO2/Si, (d) Transfer FS-NGF na nieprzezroczyste podłoże polimerowe, (e) BS-NGF z tej samej próbki co panel d (podzielony na dwie części), przeniesiony na pozłacany papier C i Nafion (elastyczne, przezroczyste podłoże, krawędzie zaznaczone czerwonymi rogami).
Należy zauważyć, że transfer SLG wykonany przy użyciu mokrych metod transferu chemicznego wymaga całkowitego czasu przetwarzania wynoszącego 20–24 godzin38. Dzięki zaprezentowanej tutaj technice transferu bezpolimerowego (rysunek SI4a), całkowity czas przetwarzania transferu NGF jest znacznie skrócony (około 15 godzin). Proces składa się z: (Krok 1) Przygotować roztwór trawiący i umieścić w nim próbkę (~10 minut), a następnie odczekać noc na trawienie Ni (~7200 minut), (Krok 2) Płukać wodą dejonizowaną (Krok – 3). Przechowywać w wodzie dejonizowanej lub przenieść na podłoże docelowe (20 min). Woda uwięziona między NGF a matrycą główną jest usuwana przez działanie kapilarne (za pomocą bibuły)38, następnie pozostałe krople wody są usuwane przez naturalne suszenie (około 30 min), a na koniec próbka jest suszona przez 10 min. min w piecu próżniowym (10–1 mbar) w temp. 50–90 °C (60 min) 38.
Wiadomo, że grafit wytrzymuje obecność wody i powietrza w dość wysokich temperaturach (≥ 200 °C)50,51,52. Przetestowaliśmy próbki za pomocą spektroskopii Ramana, SEM i XRD po przechowywaniu w wodzie dejonizowanej w temperaturze pokojowej oraz w szczelnie zamkniętych butelkach przez okres od kilku dni do roku (rysunek SI4). Nie zaobserwowano żadnej zauważalnej degradacji. Rysunek 2c przedstawia wolnostojące FS-NGF i BS-NGF w wodzie dejonizowanej. Wychwyciliśmy je na podłożu SiO2 (300 nm)/Si, jak pokazano na początku rysunku 2c. Ponadto, jak pokazano na rysunku 2d,e, ciągły NGF można przenieść na różne podłoża, takie jak polimery (poliamid Thermabright firmy Nexolve i Nafion) oraz kalka powlekana złotem. Pływający FS-NGF został łatwo umieszczony na podłożu docelowym (rys. 2c, d). Jednakże próbki BS-NGF większe niż 3 cm2 były trudne w obsłudze po całkowitym zanurzeniu w wodzie. Zazwyczaj, gdy zaczynają się toczyć w wodzie, z powodu nieostrożnego obchodzenia się, czasami pękają na dwie lub trzy części (rys. 2e). Ogólnie rzecz biorąc, udało nam się osiągnąć transfer PS- i BS-NGF bez polimerów (ciągły, bezproblemowy transfer bez wzrostu NGF/Ni/NGF na powierzchni 6 cm2) dla próbek o powierzchni odpowiednio do 6 i 3 cm2. Wszelkie pozostałe duże lub małe fragmenty można (łatwo je zobaczyć w roztworze trawiącym lub wodzie dejonizowanej) umieścić na żądanym podłożu (~1 mm2, rysunek SI4b, patrz próbkę przeniesioną na siatkę miedzianą, jak w „FS-NGF: Struktura i właściwości (omówione) w części „Struktura i właściwości”) lub przechowywać do przyszłego wykorzystania (rysunek SI4). Na podstawie tego kryterium szacujemy, że NGF można odzyskać z wydajnością do 98-99% (po wzroście do transferu).
Przeniesiono próbki bez polimeru, które zostały szczegółowo przeanalizowane. Charakterystyka morfologiczna powierzchni uzyskana na FS- i BS-NGF/SiO2/Si (rys. 2c) przy użyciu mikroskopii optycznej (OM) i obrazów SEM (rys. SI5 i rys. 3) wykazała, że próbki te zostały przeniesione bez mikroskopii. Widoczne były uszkodzenia strukturalne, takie jak pęknięcia, otwory lub obszary rozwinięte. Fałdy na rosnącym NGF (rys. 3b, d, oznaczone fioletowymi strzałkami) pozostały nienaruszone po przeniesieniu. Zarówno FS-, jak i BS-NGF składają się z regionów FLG (jasne regiony oznaczone niebieskimi strzałkami na rys. 3). Zaskakująco, w przeciwieństwie do kilku uszkodzonych regionów, które zwykle obserwuje się podczas przenoszenia polimerów ultracienkich warstw grafitowych, kilka mikronowych regionów FLG i MLG łączących się z NGF (oznaczonych niebieskimi strzałkami na rys. 3d) zostało przeniesionych bez pęknięć lub przerw (rys. 3d). 3). . Integralność mechaniczną potwierdzono dodatkowo za pomocą obrazów TEM i SEM NGF przeniesionego na siatki miedziano-węglowe, jak omówiono później („FS-NGF: Struktura i właściwości”). Przeniesiony BS-NGF/SiO2/Si jest bardziej chropowaty niż FS-NGF/SiO2/Si, ze wartościami średniokwadratowymi odpowiednio 140 nm i 17 nm, jak pokazano na rysunku SI6a i b (20 × 20 μm2). Wartość średniokwadratowa NGF przeniesionego na podłoże SiO2/Si (RMS < 2 nm) jest znacznie niższa (około 3 razy) niż wartość NGF hodowanego na Ni (rysunek SI2), co wskazuje, że dodatkowa chropowatość może odpowiadać powierzchni Ni. Ponadto obrazy AFM wykonane na krawędziach próbek FS- i BS-NGF/SiO2/Si wykazały grubość NGF wynoszącą odpowiednio 100 i 80 nm (rys. SI7). Mniejsza grubość warstwy BS-NGF może wynikać z faktu, że powierzchnia nie była bezpośrednio wystawiona na działanie gazu prekursorowego.
Przeniesiony NGF (NiAG) bez polimeru na płytce SiO2/Si (patrz rysunek 2c): (a, b) Obrazy SEM przeniesionego FS-NGF: małe i duże powiększenie (odpowiadające pomarańczowemu kwadratowi na panelu). Typowe obszary) – a). (c, d) Obrazy SEM przeniesionego BS-NGF: małe i duże powiększenie (odpowiadające typowemu obszarowi oznaczonemu pomarańczowym kwadratem na panelu c). (e, f) Obrazy AFM przeniesionych FS- i BS-NGF. Niebieska strzałka reprezentuje region FLG – jasny kontrast, cyjanowa strzałka – czarny kontrast MLG, czerwona strzałka – czarny kontrast reprezentuje region NGF, magenta strzałka reprezentuje fałd.
Skład chemiczny wyhodowanych i przeniesionych FS- i BS-NGF analizowano metodą spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich (XPS) (rys. 4). W zmierzonych widmach zaobserwowano słaby pik (rys. 4a, b), odpowiadający podłożu Ni (850 eV) wyhodowanych FS- i BS-NGF (NiAG). W zmierzonych widmach przeniesionych FS- i BS-NGF/SiO2/Si nie ma pików (rys. 4c; podobne wyniki dla BS-NGF/SiO2/Si nie są pokazane), co wskazuje, że po przeniesieniu nie ma resztkowego zanieczyszczenia Ni. Rysunki 4d–f przedstawiają widma o wysokiej rozdzielczości poziomów energetycznych C 1 s, O 1 s i Si 2p FS-NGF/SiO2/Si. Energia wiązania C 1 s grafitu wynosi 284,4 eV ≤ 3,54. Liniowy kształt szczytów grafitu jest ogólnie uważany za asymetryczny, jak pokazano na rysunku 4d54. Widmo rdzeniowe C 1 s o wysokiej rozdzielczości (rys. 4d) również potwierdziło czysty transfer (tj. brak pozostałości polimeru), co jest zgodne z poprzednimi badaniami38. Szerokości linii widm C 1 s świeżo wyhodowanej próbki (NiAG) i po transferze wynoszą odpowiednio 0,55 i 0,62 eV. Wartości te są wyższe niż w przypadku SLG (0,49 eV dla SLG na podłożu SiO2)38. Jednak wartości te są mniejsze niż wcześniej zgłaszane szerokości linii dla wysoce zorientowanych próbek grafenu pirolitycznego (~0,75 eV)53,54,55, co wskazuje na brak wadliwych miejsc węglowych w obecnym materiale. Widma poziomu podstawowego C 1 s i O 1 s również nie mają ramion, co eliminuje potrzebę dekonwolucji szczytów o wysokiej rozdzielczości54. W okolicach 291,1 eV występuje pik satelitarny π → π*, który często obserwuje się w próbkach grafitu. Sygnały 103 eV i 532,5 eV w widmach poziomu rdzeniowego Si2p i O1s (patrz rys. 4e, f) przypisuje się odpowiednio podłożu SiO2 56. XPS jest techniką wrażliwą na powierzchnię, dlatego zakłada się, że sygnały odpowiadające Ni i SiO2 wykryte odpowiednio przed i po transferze NGF pochodzą z regionu FLG. Podobne wyniki zaobserwowano dla przeniesionych próbek BS-NGF (niepokazane).
Wyniki NiAG XPS: (ac) Widma przeglądowe różnych pierwiastkowych składów atomowych odpowiednio wyhodowanych FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni i przeniesionych FS-NGF/SiO2/Si. (d–f) Widma o wysokiej rozdzielczości rdzeniowych poziomów C 1 s, O 1s i Si 2p próbki FS-NGF/SiO2/Si.
Ogólną jakość przeniesionych kryształów NGF oceniono za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Typowe wzory XRD (rys. SI8) przeniesionych FS- i BS-NGF/SiO2/Si wykazują obecność pików dyfrakcyjnych (0 0 0 2) i (0 0 0 4) przy 26,6° i 54,7°, podobnie jak w przypadku grafitu. Potwierdza to wysoką jakość krystaliczną NGF i odpowiada odległości międzywarstwowej d = 0,335 nm, która jest utrzymywana po etapie transferu. Intensywność piku dyfrakcyjnego (0 0 0 2) jest około 30 razy większa od intensywności piku dyfrakcyjnego (0 0 0 4), co wskazuje, że płaszczyzna kryształu NGF jest dobrze wyrównana z powierzchnią próbki.
Zgodnie z wynikami SEM, spektroskopii Ramana, XPS i XRD jakość BS-NGF/Ni okazała się taka sama jak FS-NGF/Ni, chociaż jej średnia kwadratowa chropowatości była nieznacznie wyższa (rysunki SI2, SI5) i SI7).
SLG z polimerowymi warstwami nośnymi o grubości do 200 nm mogą unosić się na wodzie. Ta konfiguracja jest powszechnie stosowana w procesach mokrego transferu chemicznego wspomaganych polimerami22,38. Grafen i grafit są hydrofobowe (kąt wilgotności 80–90°)57. Donoszono, że powierzchnie energii potencjalnej zarówno grafenu, jak i FLG są dość płaskie, z niską energią potencjalną (~1 kJ/mol) dla bocznego ruchu wody na powierzchni58. Jednak obliczone energie interakcji wody z grafenem i trzema warstwami grafenu wynoszą odpowiednio około -13 i -15 kJ/mol58, co wskazuje, że interakcja wody z NGF (około 300 warstw) jest niższa w porównaniu z grafenem. Może to być jeden z powodów, dla których swobodnie stojący NGF pozostaje płaski na powierzchni wody, podczas gdy swobodnie stojący grafen (który unosi się w wodzie) zwija się i rozpada. Gdy NGF jest całkowicie zanurzony w wodzie (wyniki są takie same dla szorstkiego i płaskiego NGF), jego krawędzie ulegają wygięciu (rysunek SI4). W przypadku całkowitego zanurzenia oczekuje się, że energia oddziaływania NGF z wodą będzie prawie dwukrotnie większa (w porównaniu z NGF w stanie unoszenia się na wodzie) oraz że krawędzie NGF będą się fałdować, aby utrzymać wysoki kąt kontaktu (hydrofobowość). Uważamy, że można opracować strategie zapobiegające zwijaniu się krawędzi zanurzonych NGF. Jednym z rozwiązań jest użycie mieszanych rozpuszczalników do modulacji reakcji zwilżania filmu grafitowego59.
Transfer SLG na różne rodzaje podłoży poprzez procesy transferu chemicznego na mokro był już wcześniej opisywany. Powszechnie przyjmuje się, że między warstwami grafenu/grafitu a podłożami (zarówno sztywnymi, takimi jak SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, filarami Si22 i warstwami węgla koronkowego30,34, jak i elastycznymi podłożami, takimi jak poliimid 37) występują słabe siły van der Waalsa. W niniejszym artykule zakładamy, że dominują oddziaływania tego samego typu. Nie zaobserwowaliśmy żadnych uszkodzeń ani złuszczania NGF dla żadnego z prezentowanych tu podłoży podczas obróbki mechanicznej (podczas charakteryzacji w warunkach próżniowych i/lub atmosferycznych lub podczas przechowywania) (np. Rysunek 2, SI7 i SI9). Ponadto nie zaobserwowaliśmy piku SiC w widmie XPS C1s na poziomie rdzenia próbki NGF/SiO2/Si (Rys. 4). Wyniki te wskazują na brak wiązania chemicznego między NGF a podłożem docelowym.
W poprzedniej sekcji „Bezpolimerowy transfer FS-NGF i BS-NGF” wykazaliśmy, że NGF może rosnąć i przenosić się po obu stronach folii niklowej. Te FS-NGF i BS-NGF nie są identyczne pod względem chropowatości powierzchni, co skłoniło nas do zbadania najodpowiedniejszych zastosowań dla każdego typu.
Biorąc pod uwagę przezroczystość i gładszą powierzchnię FS-NGF, zbadaliśmy jego lokalną strukturę, właściwości optyczne i elektryczne bardziej szczegółowo. Strukturę i strukturę FS-NGF bez transferu polimeru scharakteryzowano za pomocą obrazowania transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i analizy wzoru dyfrakcji elektronowej wybranego obszaru (SAED). Odpowiednie wyniki przedstawiono na rysunku 5. Obrazowanie planarne TEM przy niskim powiększeniu ujawniło obecność regionów NGF i FLG o różnych charakterystykach kontrastu elektronowego, tj. odpowiednio ciemniejszych i jaśniejszych obszarów (rys. 5a). Ogólnie rzecz biorąc, film wykazuje dobrą integralność mechaniczną i stabilność między różnymi regionami NGF i FLG, z dobrym nakładaniem się i bez uszkodzeń lub rozdarć, co zostało również potwierdzone przez badania SEM (rysunek 3) i TEM przy dużym powiększeniu (rysunek 5c-e). W szczególności na rys. 5d pokazano strukturę mostu w jej największej części (pozycja oznaczona czarną przerywaną strzałką na rysunku 5d), która charakteryzuje się trójkątnym kształtem i składa się z warstwy grafenu o szerokości około 51. Skład charakteryzujący się odstępem międzypłaszczyznowym wynoszącym 0,33 ± 0,01 nm zostaje dodatkowo zredukowany do kilku warstw grafenu w najwęższym obszarze (koniec czarnej strzałki na rysunku 5d).
Planarny obraz TEM próbki NiAG bez polimerów na siatce miedzianej z włókna węglowego: (a, b) Obrazy TEM o niskim powiększeniu, obejmujące obszary NGF i FLG, (ce) Obrazy o wysokim powiększeniu różnych obszarów na panelu a i panelu b są oznaczone strzałkami tego samego koloru. Zielone strzałki na panelach a i c wskazują okrągłe obszary uszkodzeń podczas ustawiania wiązki. (f–i) Na panelach a–c wzory SAED w różnych obszarach są oznaczone odpowiednio niebieskimi, cyjanowymi, pomarańczowymi i czerwonymi kółkami.
Struktura wstęgowa na rysunku 5c przedstawia (oznaczoną czerwoną strzałką) pionową orientację płaszczyzn sieci grafitowej, co może wynikać z tworzenia się nanofałdów wzdłuż filmu (wstawka na rysunku 5c) w wyniku nadmiernego, nieskompensowanego naprężenia ścinającego30,61,62. W mikroskopie TEM o wysokiej rozdzielczości te nanofałdy30 wykazują inną orientację krystalograficzną niż reszta obszaru NGF; płaszczyzny bazowe sieci grafitowej są zorientowane niemal pionowo, a nie poziomo, jak reszta filmu (wstawka na rysunku 5c). Podobnie, obszar FLG sporadycznie wykazuje liniowe i wąskie, pasmowe fałdy (oznaczone niebieskimi strzałkami), które pojawiają się odpowiednio przy małym i średnim powiększeniu na rysunkach 5b i 5e. Wstawka na Rysunku 5e potwierdza obecność dwu- i trójwarstwowych warstw grafenu w sektorze FLG (odległość międzypłaszczyznowa 0,33 ± 0,01 nm), co dobrze zgadza się z naszymi poprzednimi wynikami30. Dodatkowo, zarejestrowane obrazy SEM bezpolimerowego NGF przeniesionego na siatki miedziane z koronkowymi warstwami węglowymi (po wykonaniu pomiarów TEM w widoku z góry) pokazano na Rysunku SI9. Dobrze zawieszony obszar FLG (oznaczony niebieską strzałką) i przerwany obszar na Rysunku SI9f. Niebieska strzałka (na krawędzi przeniesionego NGF) jest celowo przedstawiona, aby pokazać, że obszar FLG może oprzeć się procesowi transferu bez polimeru. Podsumowując, obrazy te potwierdzają, że częściowo zawieszony NGF (w tym obszar FLG) zachowuje integralność mechaniczną nawet po rygorystycznym obchodzeniu się i narażeniu na wysoką próżnię podczas pomiarów TEM i SEM (Rysunek SI9).
Ze względu na doskonałą płaskość NGF (patrz rysunek 5a), orientacja płatków wzdłuż osi domeny [0001] w celu analizy struktury SAED nie jest trudna. W zależności od lokalnej grubości filmu i jego lokalizacji zidentyfikowano kilka obszarów zainteresowania (12 punktów) do badań dyfrakcji elektronowej. Na rysunkach 5a–c pokazano cztery z tych typowych obszarów i oznaczono je kolorowymi kółkami (niebieskim, cyjanowym, pomarańczowym i czerwonym kodem). Rysunki 2 i 3 przedstawiają mod SAED. Rysunki 5f i g uzyskano z obszaru FLG pokazanego na rysunkach 5 i 5. Jak pokazano odpowiednio na rysunkach 5b i c. Mają one strukturę heksagonalną podobną do skręconego grafenu63. W szczególności, rysunek 5f przedstawia trzy nałożone na siebie wzory o tej samej orientacji osi strefy [0001], obrócone o 10° i 20°, o czym świadczy niedopasowanie kątowe trzech par odbić (10-10). Podobnie, rysunek 5g przedstawia dwa nałożone na siebie wzory heksagonalne obrócone o 20°. Dwie lub trzy grupy wzorów heksagonalnych w obszarze FLG mogą powstać z trzech warstw grafenu 33, umieszczonych w płaszczyźnie lub poza płaszczyzną, obróconych względem siebie. Natomiast wzory dyfrakcji elektronów na rysunku 5h,i (odpowiadające obszarowi NGF przedstawionemu na rysunku 5a) przedstawiają pojedynczy wzór [0001] o ogólnie wyższej intensywności dyfrakcji punktowej, co odpowiada większej grubości materiału. Te modele SAED odpowiadają grubszej strukturze grafitowej i pośredniej orientacji niż FLG, jak wynika z indeksu 64. Charakterystyka właściwości krystalicznych NGF ujawniła współistnienie dwóch lub trzech nałożonych na siebie krystalitów grafitu (lub grafenu). Co jest szczególnie godne uwagi w obszarze FLG, to fakt, że krystality mają pewien stopień dezorientacji w płaszczyźnie lub poza płaszczyzną. Cząsteczki/warstwy grafitu o kątach obrotu w płaszczyźnie wynoszących 17°, 22° i 25° były wcześniej zgłaszane dla NGF hodowanych na filmach Ni 64. Wartości kąta obrotu obserwowane w tym badaniu są zgodne z wcześniej obserwowanymi kątami obrotu (±1°) dla skręconego grafenu BLG63.
Właściwości elektryczne NGF/SiO₂/Si zmierzono w temperaturze 300 K na powierzchni 10×3 mm². Wartości koncentracji nośników elektronów, ruchliwości i przewodnictwa wynoszą odpowiednio 1,6 × 1020 cm-3, 220 cm² V-1 C-1 i 2000 S-cm-1. Wartości ruchliwości i przewodnictwa naszego NGF są zbliżone do naturalnego grafitu2 i wyższe niż w przypadku komercyjnie dostępnego, wysoce zorientowanego grafitu pirolitycznego (wytwarzanego w temperaturze 3000°C)29. Obserwowane wartości koncentracji nośników elektronów są o dwa rzędy wielkości wyższe od ostatnio raportowanych (7,25 × 10 cm-3) dla mikronowych warstw grafitowych wytworzonych z wysokotemperaturowych (3200°C) arkuszy poliimidowych20.
Wykonaliśmy również pomiary transmitancji UV-widzialnej dla FS-NGF przeniesionego na podłoża kwarcowe (rysunek 6). Otrzymane widmo wykazuje niemal stałą transmitancję 62% w zakresie 350–800 nm, co wskazuje, że NGF jest przepuszczalny dla światła widzialnego. Co więcej, na cyfrowym zdjęciu próbki na rysunku 6b można zobaczyć nazwę „KAUST”. Chociaż nanokrystaliczna struktura NGF różni się od struktury SLG, liczbę warstw można z grubsza oszacować, stosując regułę 2,3% strat transmisji na każdą dodatkową warstwę65. Zgodnie z tą zależnością liczba warstw grafenu o 38% stratach transmisji wynosi 21. Wyhodowany NGF składa się głównie z 300 warstw grafenu, tj. o grubości około 100 nm (rysunek 1, SI5 i SI7). Dlatego zakładamy, że obserwowana przezroczystość optyczna odpowiada obszarom FLG i MLG, ponieważ są one rozmieszczone w całej warstwie (rys. 1, 3, 5 i 6c). Oprócz powyższych danych strukturalnych, przewodnictwo i przezroczystość również potwierdzają wysoką jakość krystaliczną przeniesionego NGF.
(a) Pomiar transmitancji UV-widzialnej, (b) typowy transfer NGF na kwarcu z wykorzystaniem reprezentatywnej próbki. (c) Schemat NGF (ciemne pole) z równomiernie rozłożonymi obszarami FLG i MLG oznaczonymi jako szare, losowe kształty w całej próbce (patrz rysunek 1) (ok. 0,1–3% powierzchni na 100 μm²). Losowe kształty i ich rozmiary na diagramie mają charakter wyłącznie poglądowy i nie odpowiadają rzeczywistym powierzchniom.
Półprzezroczysty NGF wytworzony metodą CVD był wcześniej przenoszony na gołe powierzchnie krzemu i stosowany w ogniwach słonecznych15,16. Uzyskana sprawność konwersji energii (PCE) wynosi 1,5%. Te NGF pełnią wiele funkcji, takich jak warstwy związków aktywnych, ścieżki transportu ładunku i przezroczyste elektrody15,16. Jednak warstwa grafitowa nie jest jednorodna. Konieczna jest dalsza optymalizacja poprzez staranną kontrolę rezystancji powierzchniowej i transmitancji optycznej elektrody grafitowej, ponieważ te dwie właściwości odgrywają ważną rolę w określaniu wartości PCE ogniwa słonecznego15,16. Zazwyczaj warstwy grafenowe są w 97,7% przezroczyste dla światła widzialnego, ale mają rezystancję powierzchniową 200–3000 omów/kwadrat16. Rezystancję powierzchniową warstw grafenowych można zmniejszyć poprzez zwiększenie liczby warstw (wielokrotny transfer warstw grafenu) i domieszkowanie HNO3 (~30 omów/kwadrat)66. Jednak proces ten jest długotrwały, a różne warstwy transferowe nie zawsze utrzymują dobry kontakt. Nasza przednia warstwa NGF ma takie właściwości, jak przewodność 2000 S/cm, rezystancja warstwy folii 50 omów/kw. i 62% przezroczystości, co czyni ją atrakcyjną alternatywą dla kanałów przewodzących lub przeciwelektrod w ogniwach słonecznych15,16.
Chociaż struktura i chemia powierzchni BS-NGF są podobne do FS-NGF, ich chropowatość jest inna („Wzrost FS i BS-NGF”). Wcześniej używaliśmy ultracienkiej warstwy grafitu22 jako czujnika gazu. Dlatego przetestowaliśmy wykonalność wykorzystania BS-NGF do zadań wykrywania gazu (rysunek SI10). Najpierw porcje BS-NGF o wielkości mm2 zostały przeniesione na układ czujnika z elektrodą interdigitating (rysunek SI10a-c). Szczegóły produkcji układu zostały wcześniej podane; jego aktywna powierzchnia czuła wynosi 9 mm267. Na obrazach SEM (rysunek SI10b i c) znajdująca się pod spodem złota elektroda jest wyraźnie widoczna przez NGF. Ponownie można zauważyć, że uzyskano równomierne pokrycie układu dla wszystkich próbek. Zarejestrowano pomiary czujników gazu dla różnych gazów (rysunek SI10d) (rysunek SI11), a uzyskane wskaźniki odpowiedzi przedstawiono na rysunkach SI10g. Prawdopodobnie z innymi gazami zakłócającymi, w tym SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) i NH3 (200 ppm). Jedną z możliwych przyczyn jest NO2. elektrofilowa natura gazu22,68. Po zaadsorbowaniu na powierzchni grafenu zmniejsza on absorpcję prądu przez układ. Porównanie danych czasu reakcji czujnika BS-NGF z wcześniej opublikowanymi czujnikami przedstawiono w tabeli SI2. Mechanizm reaktywacji czujników NGF przy użyciu plazmy UV, plazmy O3 lub obróbki termicznej (50–150°C) odsłoniętych próbek jest w toku, w idealnym przypadku po wdrożeniu systemów wbudowanych69.
Podczas procesu CVD wzrost grafenu zachodzi po obu stronach podłoża katalizatora41. Jednak BS-grafen jest zwykle wyrzucany podczas procesu transferu41. W tym badaniu wykazujemy, że wysokiej jakości wzrost NGF i transfer NGF bez udziału polimerów można osiągnąć po obu stronach podłoża katalizatora. BS-NGF jest cieńszy (~80 nm) niż FS-NGF (~100 nm), a różnica ta jest wyjaśniona faktem, że BS-Ni nie jest bezpośrednio wystawiony na przepływ gazu prekursorowego. Stwierdziliśmy również, że chropowatość podłoża NiAR wpływa na chropowatość NGF. Wyniki te wskazują, że wyhodowany płaski FS-NGF może być użyty jako materiał prekursorowy dla grafenu (metodą eksfoliacji70) lub jako kanał przewodzący w ogniwach słonecznych15,16. Natomiast BS-NGF będzie używany do wykrywania gazu (rys. SI9) i prawdopodobnie do systemów magazynowania energii71,72, gdzie chropowatość jego powierzchni będzie przydatna.
Biorąc pod uwagę powyższe, warto połączyć niniejszą pracę z wcześniej opublikowanymi wynikami badań nad warstwami grafitowymi wytwarzanymi metodą CVD z wykorzystaniem folii niklowej. Jak widać w tabeli 2, zastosowane przez nas wyższe ciśnienia skróciły czas reakcji (etap wzrostu) nawet w stosunkowo niskich temperaturach (w zakresie 850–1300°C). Osiągnęliśmy również większy wzrost niż zwykle, co wskazuje na potencjał ekspansji. Należy wziąć pod uwagę również inne czynniki, z których część uwzględniliśmy w tabeli.
Dwustronny, wysokiej jakości NGF został wyhodowany na folii niklowej metodą katalitycznego CVD. Eliminując tradycyjne podłoża polimerowe (takie jak te stosowane w grafenie CVD), uzyskaliśmy czysty i bezbłędny transfer na mokro NGF (wyhodowanego na tylnej i przedniej stronie folii niklowej) na różnorodne podłoża krytyczne dla procesu. Warto zauważyć, że NGF obejmuje obszary FLG i MLG (zwykle 0,1% do 3% na 100 µm²), które są strukturalnie dobrze zintegrowane z grubszą warstwą. Planarna mikroskopia TEM pokazuje, że obszary te składają się ze stosów dwóch do trzech cząstek grafitu/grafenu (odpowiednio kryształów lub warstw), z których niektóre charakteryzują się niedopasowaniem rotacyjnym wynoszącym 10–20°. Obszary FLG i MLG odpowiadają za transparentność FS-NGF dla światła widzialnego. Jeśli chodzi o warstwy tylne, mogą być one przenoszone równolegle do warstw przednich i, jak pokazano, mogą pełnić funkcję funkcjonalną (na przykład do detekcji gazu). Badania te są bardzo przydatne w ograniczaniu ilości odpadów i kosztów w procesach chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) na skalę przemysłową.
Ogólnie rzecz biorąc, średnia grubość CVD NGF mieści się pomiędzy grafenem (nisko- i wielowarstwowym) a przemysłowymi (mikrometrowymi) arkuszami grafitu. Zakres ich interesujących właściwości, w połączeniu z opracowaną przez nas prostą metodą ich produkcji i transportu, sprawia, że folie te są szczególnie odpowiednie do zastosowań wymagających funkcjonalnej odpowiedzi grafitu, bez kosztów związanych z obecnie stosowanymi, energochłonnymi procesami produkcji przemysłowej.
Folię niklową o grubości 25 μm (czystość 99,5%, Goodfellow) zainstalowano w komercyjnym reaktorze CVD (4-calowym BMPro firmy Aixtron). System przedmuchano argonem i odpompowano do ciśnienia bazowego 10-3 mbar. Następnie umieszczono folię niklową w Ar/H₂ (po wstępnym wyżarzeniu folii Ni przez 5 minut, poddano ją działaniu ciśnienia 500 mbar w temperaturze 900°C). NGF osadzano w przepływie CH₂/H₂ (po 100 cm₂) przez 5 minut. Następnie próbkę schłodzono do temperatury poniżej 700°C, stosując przepływ Ar (4000 cm₂) z prędkością 40°C/min. Szczegóły dotyczące optymalizacji procesu wzrostu NGF opisano w innym miejscu30.
Morfologię powierzchni próbki uwidoczniono za pomocą SEM przy użyciu mikroskopu Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA). Chropowatość powierzchni próbki i grubość NGF zmierzono za pomocą AFM (Dimension Icon SPM, Bruker). Pomiary TEM i SAED przeprowadzono za pomocą mikroskopu sześciennego FEI Titan 80–300 Cubed wyposażonego w działo emisyjne o wysokiej jasności (300 kV), monochromator typu Wiena FEI i korektor aberracji sferycznej soczewki CEOS, aby uzyskać końcowe wyniki. Rozdzielczość przestrzenna 0,09 nm. Próbki NGF przeniesiono na siatki miedziane pokryte węglem w celu płaskiego obrazowania TEM i analizy struktury SAED. Zatem większość kłaczków próbki jest zawieszona w porach membrany nośnej. Przeniesione próbki NGF przeanalizowano za pomocą XRD. Wzory dyfrakcji rentgenowskiej uzyskano przy użyciu dyfraktometru proszkowego (Brucker, przesuwnik fazowy D2 ze źródłem Cu Kα, 1,5418 Å i detektorem LYNXEYE) przy użyciu źródła promieniowania Cu o średnicy plamki wiązki wynoszącej 3 mm.
Kilka pomiarów punktowych Ramana zarejestrowano za pomocą integrującego mikroskopu konfokalnego (Alpha 300 RA, WITeC). Aby uniknąć efektów indukowanych termicznie, zastosowano laser o długości fali 532 nm i niskiej mocy wzbudzenia (25%). Spektroskopię fotoelektronów rentgenowskich (XPS) wykonano na spektrometrze Kratos Axis Ultra na powierzchni próbki 300 × 700 μm², wykorzystując monochromatyczne promieniowanie Al Kα (hν = 1486,6 eV) przy mocy 150 W. Widma o rozdzielczości uzyskano przy energiach transmisji odpowiednio 160 eV i 20 eV. Próbki NGF przeniesione na SiO2 pocięto na kawałki (po 3 × 10 mm²) za pomocą lasera światłowodowego iterbowego PLS6MW (1,06 μm) o mocy 30 W. Styki z drutu miedzianego (o grubości 50 μm) wykonano z pasty srebrnej pod mikroskopem optycznym. Na tych próbkach przeprowadzono eksperymenty transportu elektrycznego i efektu Halla w temperaturze 300 K i przy zmienności pola magnetycznego ± 9 Tesli w systemie pomiaru właściwości fizycznych (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA). Widma UV–vis w transmisji zarejestrowano za pomocą spektrofotometru Lambda 950 UV–vis w zakresie 350–800 nm NGF przeniesionego na podłoża kwarcowe i kwarcowe próbki referencyjne.
Czujnik rezystancji chemicznej (układ elektrody z przeplatanymi elektrodami) został podłączony do specjalnej płytki drukowanej 73, a rezystancja została tymczasowo usunięta. Płytka drukowana, na której znajduje się urządzenie, została podłączona do zacisków i umieszczona wewnątrz komory pomiarowej 74. Pomiary rezystancji wykonywano przy napięciu 1 V, z ciągłym skanowaniem od przedmuchu do ekspozycji na gaz, a następnie ponownego przedmuchu. Komorę wstępnie oczyszczono, przedmuchując ją azotem w ilości 200 cm³ przez 1 godzinę, aby usunąć wszystkie inne anality obecne w komorze, w tym wilgoć. Następnie, zamykając butlę z N², powoli uwalniano poszczególne anality do komory z tą samą szybkością przepływu 200 cm³.
Opublikowano poprawioną wersję tego artykułu. Dostęp do niej można uzyskać, klikając odnośnik na górze artykułu.
Inagaki, M. i Kang, F. Nauka i inżynieria materiałów węglowych: podstawy. Wydanie drugie, redagowane. 2014. 542.
Pearson, HO Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes: Properties, Processing and Applications. Pierwsze wydanie zostało zredagowane. 1994, New Jersey.
Tsai, W. i in. Wielkopowierzchniowe wielowarstwowe folie grafenowo-grafitowe jako przezroczyste, cienkie elektrody przewodzące. Zastosowanie. Fizyka. Wright. 95(12), 123115(2009).
Balandin AA Właściwości termiczne grafenu i nanostrukturalnych materiałów węglowych. Nat. Matt. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW i Cahill DG Przewodność cieplna warstw grafitowych wytworzonych na Ni (111) metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej w niskiej temperaturze. przysłówek. Matt. Interface 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Ciągły wzrost warstw grafenu metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej. Zastosowanie. Fizyka. Wright. 98(13), 133106(2011).
Czas publikacji: 23-08-2024