په Ni او د هغې دوه اړخیزه پولیمر څخه پاک لیږد باندې د شفاف ګرافایټ فلم وده کول

د Nature.com د لیدنې لپاره مننه. د هغه براوزر نسخه چې تاسو یې کاروئ د CSS ملاتړ محدود دی. د غوره پایلو لپاره، موږ سپارښتنه کوو چې تاسو د خپل براوزر نوې نسخه وکاروئ (یا په انټرنیټ اکسپلورر کې د مطابقت حالت غیر فعال کړئ). په عین حال کې، د دوامداره ملاتړ ډاډ ترلاسه کولو لپاره، موږ سایټ پرته له سټایل کولو یا جاواسکریپټ څخه ښکاره کوو.
د نانو پیمانه ګرافایټ فلمونه (NGFs) قوي نانو مواد دي چې د کتلاټیک کیمیاوي بخار زیرمو لخوا تولید کیدی شي، مګر د دوی د لیږد اسانتیا او د راتلونکي نسل وسیلو کې د سطحې مورفولوژي څنګه د دوی کارول اغیزه کوي په اړه پوښتنې پاتې دي. دلته موږ د پولی کریسټالین نکل ورق دواړو خواوو کې د NGF وده راپور ورکوو (مساحت 55 سانتي متره 2، ضخامت شاوخوا 100 nm) او د هغې د پولیمر څخه پاک لیږد (مخکې او شاته، ساحه تر 6 سانتي متره 2 پورې). د کتلاټیک ورق د مورفولوژي له امله، دوه کاربن فلمونه په خپلو فزیکي ملکیتونو او نورو ځانګړتیاو کې توپیر لري (لکه د سطحې ناهموارۍ). موږ دا په ګوته کوو چې NGFs د سخت شاته اړخ سره د NO2 کشف لپاره ښه مناسب دي، پداسې حال کې چې نرم او ډیر چلونکي NGFs په مخکینۍ اړخ کې (2000 S/cm، د شیټ مقاومت - 50 ohms/m2) د اعتبار وړ کنډکټرونه کیدی شي. د لمریز حجرو چینل یا الیکټروډ (ځکه چې دا د لیدلو وړ رڼا 62٪ لیږدوي). په ټولیز ډول، تشریح شوي ودې او ترانسپورت پروسې ممکن د NGF د تخنیکي غوښتنلیکونو لپاره د بدیل کاربن موادو په توګه درک کولو کې مرسته وکړي چیرې چې ګرافین او مایکرون ضخامت لرونکي ګرافیټ فلمونه مناسب نه وي.
ګریفایټ یو پراخه کارول شوی صنعتي مواد دی. د پام وړ، ګریفایټ د نسبتا ټیټ ډله ایز کثافت او د الوتکې دننه لوړ حرارتي او بریښنایی چالکتیا ځانګړتیاوې لري، او په سخت حرارتي او کیمیاوي چاپیریال کې خورا مستحکم دی 1,2. فلیک ګریفایټ د ګرافین څیړنې لپاره یو مشهور پیل کونکی مواد دی 3. کله چې په پتلو فلمونو کې پروسس شي، دا په پراخه کچه غوښتنلیکونو کې کارول کیدی شي، پشمول د بریښنایی وسیلو لکه سمارټ فونونو لپاره د تودوخې سنکونه 4,5,6,7، په سینسرونو کې د فعال موادو په توګه 8,9,10 او د بریښنایی مقناطیسي مداخلې محافظت لپاره 11. 12 او په خورا الټرا وایلیټ 13,14 کې د لیتوګرافي لپاره فلمونه، په لمریز حجرو کې چینلونه ترسره کوي 15,16. د دې ټولو غوښتنلیکونو لپاره، دا به د پام وړ ګټه وي که چیرې د ګرافایټ فلمونو (NGFs) لویې ساحې د نانو پیمانه <100 nm کې کنټرول شوي ضخامت سره په اسانۍ سره تولید او لیږدول شي.
د ګرافیت فلمونه د مختلفو میتودونو له لارې تولید کیږي. په یوه قضیه کې، د ګرافین فلیکس تولید لپاره د سرایت کولو او پراخولو وروسته د اکسفولیشن کارول شوي 10,11,17. فلیکس باید د اړتیا وړ ضخامت فلمونو ته نور پروسس شي، او ډیری وختونه د ګرافیت وړ سختو شیټونو تولید لپاره څو ورځې وخت نیسي. بله لاره دا ده چې د ګرافیت وړ جامد مخکینیو سره پیل شي. په صنعت کې، د پولیمر شیټونه کاربنیز شوي (په 1000-1500 °C کې) او بیا ګرافیت شوي (په 2800-3200 °C کې) ترڅو ښه جوړښت شوي پرت لرونکي مواد جوړ کړي. که څه هم د دې فلمونو کیفیت لوړ دی، د انرژۍ مصرف د پام وړ دی 1,18,19 او لږترلږه ضخامت یې څو مایکرونونو پورې محدود دی 1,18,19,20.
کتلیټیک کیمیاوي بخار جمع کول (CVD) د ګرافین او الټرا پتلي ګرافایټ فلمونو (<10 nm) تولید لپاره یو مشهور میتود دی چې لوړ ساختماني کیفیت او مناسب لګښت لري21,22,23,24,25,26,27. په هرصورت، د ګرافین او الټرا پتلي ګرافایټ فلمونو د ودې په پرتله28، د CVD په کارولو سره د NGF لوی ساحه وده او/یا پلي کول حتی لږ سپړل شوي11,13,29,30,31,32,33.
د CVD لخوا کرل شوي ګرافین او ګرافایټ فلمونه ډیری وختونه باید فعال سبسټریټ ته لیږدول شي 34. دا پتلي فلم لیږد دوه اصلي میتودونه لري 35: (1) غیر ایچ لیږد 36,37 او (2) د ایچ پر بنسټ لوند کیمیاوي لیږد (سبسټریټ ملاتړ شوی) 14,34,38. هره طریقه ځینې ګټې او زیانونه لري او باید د مطلوب غوښتنلیک پورې اړه ولري، لکه څنګه چې په بل ځای کې تشریح شوي 35,39. د کتلټیک سبسټریټ کې کرل شوي ګرافین/ګرافایټ فلمونو لپاره، د لوند کیمیاوي پروسو له لارې لیږد (چې له هغې څخه پولیمیتیل میتاکریلیټ (PMMA) ترټولو عام کارول شوی ملاتړ طبقه ده) لومړی انتخاب پاتې کیږي 13,30,34,38,40,41,42. تاسو او نور. دا یادونه وشوه چې د NGF لیږد لپاره هیڅ پولیمر نه دی کارول شوی (د نمونې اندازه نږدې 4 سانتي متره 2) 25,43، مګر د لیږد پرمهال د نمونې ثبات او/یا اداره کولو په اړه هیڅ توضیحات ندي ورکړل شوي؛ د پولیمرونو په کارولو سره د لوند کیمیا پروسې څو مرحلې لري، پشمول د قرباني شوي پولیمر طبقې 30,38,40,41,42 پلي کول او وروسته لرې کول. دا پروسه زیانونه لري: د مثال په توګه، د پولیمر پاتې شوني کولی شي د لوی شوي فلم ځانګړتیاوې بدل کړي 38. اضافي پروسس کولی شي پاتې شوي پولیمر لرې کړي، مګر دا اضافي ګامونه د فلم تولید لګښت او وخت زیاتوي 38,40. د CVD ودې په جریان کې، د ګرافین یوه طبقه نه یوازې د کتلست ورق په مخکینۍ برخه کې (هغه اړخ چې د بخار جریان سره مخ دی)، بلکې د هغې په شا اړخ کې هم زیرمه کیږي. په هرصورت، وروستی د ضایعاتو محصول ګڼل کیږي او د نرم پلازما لخوا په چټکۍ سره لرې کیدی شي 38,41. د دې فلم بیا کارول کولی شي د حاصلاتو اعظمي کولو کې مرسته وکړي، حتی که دا د مخ کاربن فلم په پرتله ټیټ کیفیت ولري.
دلته، موږ د CVD لخوا د پولی کریسټالین نکل ورق باندې د لوړ ساختماني کیفیت سره د NGF د ویفر پیمانه دوه اړخیز ودې چمتو کولو راپور ورکوو. دا ارزول شوې وه چې څنګه د ورق د مخکینۍ او شاته سطحې ناهموارۍ د NGF مورفولوژي او جوړښت اغیزه کوي. موږ د نکل ورق له دواړو خواوو څخه څو اړخیزو سبسټریټونو ته د NGF ارزانه او چاپیریال دوستانه پولیمر څخه پاک لیږد هم ښیې او ښیې چې څنګه د مخکینۍ او شاته فلمونه د مختلفو غوښتنلیکونو لپاره مناسب دي.
لاندې برخې د ګرافین د مختلفو طبقو د ضخامت په اړه بحث کوي چې د ګرافین د طبقو د شمیر پورې اړه لري: (i) د واحد طبقې ګرافین (SLG، 1 طبقه)، (ii) د څو طبقو ګرافین (FLG، < 10 طبقې)، (iii) څو طبقې ګرافین (MLG، 10-30 طبقې) او (iv) NGF (~300 طبقې). وروستی تر ټولو عام ضخامت دی چې د ساحې د سلنې په توګه څرګندیږي (په هر 100 µm2 کې نږدې 97٪ ساحه) 30. له همدې امله ټول فلم په ساده ډول NGF بلل کیږي.
د ګرافین او ګرافایټ فلمونو ترکیب لپاره کارول شوي پولی کریسټالین نکل ورقونه د دوی د تولید او وروسته پروسس کولو په پایله کې مختلف جوړښتونه لري. موږ پدې وروستیو کې د NGF30 د ودې پروسې غوره کولو لپاره د یوې مطالعې راپور ورکړ. موږ ښیې چې د ودې مرحلې په جریان کې د انیل کولو وخت او د چیمبر فشار په څیر د پروسې پیرامیټرې د یونیفورم ضخامت NGFs ترلاسه کولو کې مهم رول لوبوي. دلته، موږ د نیکل ورق په پالش شوي مخکینۍ (FS) او غیر پالش شوي شاته (BS) سطحو کې د NGF وده نوره هم وڅیړله (شکل 1a). د FS او BS درې ډوله نمونې معاینه شوې، چې په جدول 1 کې لیست شوي. د بصري تفتیش په جریان کې، د نکل ورق (NiAG) په دواړو خواوو کې د NGF یونیفورم وده د بلک Ni سبسټریټ د رنګ بدلون لخوا د ځانګړتیا فلزي سپینو زرو خړ ​​څخه میټ خړ رنګ ته لیدل کیدی شي (شکل 1a)؛ مایکروسکوپي اندازه کول تایید شوي (شکل 1b، c). د FS-NGF یو عادي رامان سپیکٹرم په روښانه سیمه کې لیدل شوی او په شکل 1b کې د سور، نیلي او نارنجي تیرونو لخوا ښودل شوی په شکل 1c کې ښودل شوی. د ګرافایټ G (1683 cm−1) او 2D (2696 cm−1) د رامان ځانګړتیا لرونکي څوکې د لوړ کرسټالین NGF وده تاییدوي (انځور 1c، جدول SI1). په ټول فلم کې، د شدت تناسب (I2D/IG) ~0.3 سره د رامان سپیکٹرا غالبیت لیدل شوی، پداسې حال کې چې د I2D/IG = 0.8 سره رامان سپیکٹرا په ندرت سره لیدل شوی. په ټول فلم کې د عیب لرونکو څوکو نشتوالی (D = 1350 cm-1) د NGF ودې لوړ کیفیت په ګوته کوي. د رامان ورته پایلې د BS-NGF نمونې کې ترلاسه شوې (انځور SI1 a او b، جدول SI1).
د NiAG FS- او BS-NGF پرتله کول: (a) د یو عادي NGF (NiAG) نمونې عکس چې د ویفر پیمانه (55 cm2) کې د NGF وده ښیې او پایله یې BS- او FS-Ni ورق نمونې، (b) د نظري مایکروسکوپ لخوا ترلاسه شوي FS-NGF انځورونه/ Ni، (c) د پینل b کې په مختلفو موقعیتونو کې ثبت شوي د رامان عادي سپیکٹرا، (d، f) د SEM انځورونه په FS-NGF/Ni کې په مختلفو لویوالي کې، (e، g) د SEM انځورونه په مختلفو لویوالي کې سیټونه BS -NGF/Ni. نیلي تیر د FLG سیمه په ګوته کوي، نارنجي تیر د MLG سیمه (د FLG سیمې ته نږدې) په ګوته کوي، سور تیر د NGF سیمه په ګوته کوي، او میجنټا تیر د پوښ په ګوته کوي.
څرنګه چې وده د لومړني سبسټریټ ضخامت، کرسټال اندازې، سمت او د غلو دانو حدودو پورې اړه لري، نو په لویو سیمو کې د NGF ضخامت مناسب کنټرول ترلاسه کول یوه ننګونه پاتې ده20,34,44. دې مطالعې هغه مواد کارولي چې موږ مخکې خپاره کړي وو30. دا پروسه په هر 100 µm230 کې د 0.1 څخه تر 3٪ پورې روښانه سیمه تولیدوي. په لاندې برخو کې، موږ د دواړو ډولونو سیمو لپاره پایلې وړاندې کوو. د لوړ میګنیفیکیشن SEM انځورونه په دواړو خواوو کې د څو روښانه برعکس ساحو شتون ښیې (انځور 1f,g)، چې د FLG او MLG سیمو شتون په ګوته کوي30,45. دا د رامان توزیع (انځور 1c) او TEM پایلو (وروسته د "FS-NGF: جوړښت او ملکیتونو" برخه کې بحث شوی) لخوا هم تایید شو. د FLG او MLG سیمې چې په FS- او BS-NGF/Ni نمونو کې لیدل شوي (مخکې او شاته NGF چې په Ni کې کرل شوي) ممکن په لویو Ni(111) غلو کې وده کړې وي چې د انیلینګ دمخه رامینځته شوي22,30,45. په دواړو خواوو کې تاوېدل لیدل شوي (انځور ۱ ب، چې د ارغواني تیرونو سره نښه شوی). دا تاوېدل اکثرا د CVD لخوا کرل شوي ګرافین او ګرافایټ فلمونو کې موندل کیږي ځکه چې د ګرافایټ او نکل سبسټریټ ترمنځ د تودوخې پراختیا ضخامت کې لوی توپیر شتون لري 30,38.
د AFM انځور تایید کړه چې د FS-NGF نمونه د BS-NGF نمونې (شکل SI1) (شکل SI2) په پرتله فلټر وه. د FS-NGF/Ni (شکل SI2c) او BS-NGF/Ni (شکل SI2d) د ریښې اوسط مربع (RMS) د ناهموارۍ ارزښتونه په ترتیب سره 82 او 200 nm دي (د 20 × 20 μm2 په ساحه کې اندازه شوي). لوړ ناهموارۍ د ترلاسه شوي حالت (شکل SI3) کې د نکل (NiAR) ورق د سطحې تحلیل پراساس درک کیدی شي. د FS او BS-NiAR SEM انځورونه په شکل SI3a–d کې ښودل شوي، د سطحې مختلف مورفولوژی ښیې: پالش شوی FS-Ni ورق نانو- او مایکرون اندازې کروی ذرات لري، پداسې حال کې چې غیر پالش شوی BS-Ni ورق د تولید زینه ښیې. د لوړ ځواک سره ذرات. او کمښت. د انیل شوي نکل ورق (NiA) ټیټ او لوړ ریزولوشن انځورونه په شکل SI3e–h کې ښودل شوي. په دې ارقامو کې، موږ کولی شو د نکل ورق په دواړو خواوو کې د څو مایکرون اندازې نکل ذراتو شتون وګورو (انځور SI3e–h). لوی غله ممکن د Ni(111) سطحې موقعیت ولري، لکه څنګه چې مخکې راپور شوی 30,46. د FS-NiA او BS-NiA ترمنځ د نکل ورق مورفولوژي کې د پام وړ توپیرونه شتون لري. د BS-NGF/Ni لوړه ناهمواري د BS-NiAR د غیر پالش شوي سطحې له امله ده، چې سطح یې حتی د انیل کولو وروسته هم د پام وړ ناهمواري پاتې کیږي (انځور SI3). د ودې پروسې دمخه د سطحې دا ډول ځانګړتیا د ګرافین او ګرافیټ فلمونو ناهمواري کنټرول ته اجازه ورکوي. دا باید په یاد ولرئ چې اصلي سبسټریټ د ګرافین ودې په جریان کې د غلې دانې ځینې بیا تنظیم شوي، کوم چې د غلې دانې اندازه یو څه کمه کړه او د انیل شوي ورق او کتلست فلم 22 په پرتله د سبسټریټ د سطحې ناهمواري یو څه زیاته کړه.
د سبسټریټ سطحې د ناهموارۍ، د انیل کولو وخت (د غلې دانې اندازه) 30,47 او د خوشې کولو کنټرول 43 ښه تنظیم کول به د سیمه ایز NGF ضخامت یووالي µm2 او/یا حتی nm2 پیمانه (یعنې، د څو نانومیټرو ضخامت توپیر) کمولو کې مرسته وکړي. د سبسټریټ د سطحې ناهموارۍ کنټرول لپاره، د پایله شوي نکل ورق د الیکټرولیټیک پالش کولو په څیر میتودونه په پام کې نیول کیدی شي 48. مخکې درملنه شوي نکل ورق بیا په ټیټ حرارت (< 900 °C) 46 او وخت (< 5 دقیقې) کې انیل کیدی شي ترڅو د لوی Ni(111) دانې (کوم چې د FLG ودې لپاره ګټور دی) د جوړولو مخه ونیسي.
SLG او FLG ګرافین د اسیدونو او اوبو د سطحې فشار سره مقاومت نشي کولی، د لوند کیمیاوي لیږد پروسې په جریان کې میخانیکي ملاتړ طبقو ته اړتیا لري22,34,38. د پولیمر ملاتړ شوي واحد پرت ګرافین38 د لوند کیمیاوي لیږد برعکس، موږ وموندله چې د NGF دواړه خواوې د پولیمر ملاتړ پرته لیږدول کیدی شي، لکه څنګه چې په شکل 2a کې ښودل شوي (د نورو جزیاتو لپاره شکل SI4a وګورئ). ورکړل شوي سبسټریټ ته د NGF لیږد د لاندې Ni30.49 فلم د لوند ایچینګ سره پیل کیږي. وده شوي NGF/Ni/NGF نمونې د شپې په 15 ملی لیتر کې د 70٪ HNO3 کې د 600 ملی لیتر ډیونیز شوي (DI) اوبو سره حل شوي. وروسته له دې چې د Ni ورق په بشپړ ډول منحل شي، FS-NGF فلیټ پاتې کیږي او د مایع په سطحه تیریږي، لکه د NGF/Ni/NGF نمونې په څیر، پداسې حال کې چې BS-NGF په اوبو کې ډوب شوی (انځور 2a,b). بیا جلا شوی NGF د تازه ډیونیز شوي اوبو لرونکي یو بیکر څخه بل بیکر ته لیږدول شوی او جلا شوی NGF په ښه توګه مینځل شوی، د مقعر شیشې ډش له لارې له څلورو څخه تر شپږو ځله تکرار شوی. په پای کې، FS-NGF او BS-NGF په مطلوب سبسټریټ کې ځای په ځای شوي (انځور 2c).
د نکل ورق باندې کرل شوي NGF لپاره د پولیمر څخه پاک لوند کیمیاوي لیږد پروسه: (a) د پروسې جریان ډیاګرام (د نورو جزیاتو لپاره شکل SI4 وګورئ)، (b) د Ni ایچینګ وروسته د جلا شوي NGF ډیجیټل عکس (2 نمونې)، (c) د FS مثال - او BS-NGF لیږد SiO2/Si سبسټریټ ته، (d) د مبهم پولیمر سبسټریټ ته FS-NGF لیږد، (e) د پینل d په څیر ورته نمونې څخه BS-NGF (په دوه برخو ویشل شوی)، د سرو زرو پوښل شوي C کاغذ او نافیون ته لیږدول شوی (انعطاف منونکی شفاف سبسټریټ، څنډې د سره کونجونو سره نښه شوي).
په یاد ولرئ چې د لوند کیمیاوي لیږد میتودونو په کارولو سره ترسره شوي SLG لیږد د 20-24 ساعتونو ټول پروسس کولو وخت ته اړتیا لري 38. د پولیمر څخه پاک لیږد تخنیک سره چې دلته ښودل شوی (شکل SI4a)، د NGF لیږد ټول پروسس کولو وخت د پام وړ کم شوی (نږدې 15 ساعته). پروسه کې شامل دي: (لومړی ګام) د ایچینګ محلول چمتو کړئ او نمونه په کې ځای په ځای کړئ (~10 دقیقې)، بیا د نی ایچینګ لپاره د شپې انتظار وکړئ (~7200 دقیقې)، (دوهم ګام) د ډیونیز شوي اوبو سره مینځل (مرحله - 3). په ډیونیز شوي اوبو کې ذخیره کړئ یا د هدف سبسټریټ ته لیږدول (20 دقیقې). د NGF او بلک میټریکس ترمنځ بندې اوبه د کیپلیري عمل (د بلوټینګ کاغذ په کارولو سره) 38 لخوا لرې کیږي، بیا د اوبو پاتې څاڅکي د طبیعي وچولو (تقریبا 30 دقیقې) لخوا لرې کیږي، او په پای کې نمونه د 10 دقیقو لپاره په ویکیوم تنور (10-1 mbar) کې په 50-90 °C (60 دقیقې) 38 کې وچیږي.
ګریفایټ د اوبو او هوا د شتون په وړاندې په لوړه تودوخه (≥ 200 °C) 50,51,52 کې مقاومت کوي. موږ نمونې د رامان سپیکٹروسکوپي، SEM، او XRD په کارولو سره د خونې په تودوخه کې او په مهر شوي بوتلونو کې د څو ورځو څخه تر یو کال پورې د ذخیره کولو وروسته ازموینه کړې (شکل SI4). هیڅ د پام وړ تخریب شتون نلري. شکل 2c د آزاد ولاړ FS-NGF او BS-NGF په ډیونیز شوي اوبو کې ښیې. موږ دوی په SiO2 (300 nm)/Si سبسټریټ کې نیولي، لکه څنګه چې د شکل 2c په پیل کې ښودل شوي. سربیره پردې، لکه څنګه چې په شکل 2d,e کې ښودل شوي، دوامداره NGF کولی شي مختلف سبسټریټ ته لیږدول شي لکه پولیمرونه (د نیکسول او نافیون څخه ترمابرایټ پولیامایډ) او د سرو زرو پوښل شوي کاربن کاغذ. لامبو وهونکی FS-NGF په اسانۍ سره د هدف سبسټریټ کې ځای په ځای شوی و (شکل 2c, d). په هرصورت، د 3 cm2 څخه لوی BS-NGF نمونې د اوبو کې په بشپړ ډول ډوبیدو سره اداره کول ستونزمن وو. معمولا، کله چې دوی په اوبو کې تاویدل پیل کوي، د بې پروایۍ له امله دوی ځینې وختونه په دوه یا دریو برخو ویشل کیږي (انځور 2e). په ټولیز ډول، موږ وکولی شو د PS- او BS-NGF پولیمر څخه پاک لیږد ترلاسه کړو (د NGF/Ni/NGF ودې پرته دوامداره بې سیمه لیږد په 6 cm2 کې) د نمونو لپاره په ترتیب سره تر 6 او 3 cm2 پورې ساحه کې. هر پاتې لوی یا کوچنۍ ټوټې کولی شي (په اسانۍ سره د ایچینګ محلول یا ډیونیز شوي اوبو کې لیدل کیږي) په مطلوب سبسټریټ کې (~1 mm2، شکل SI4b، نمونه وګورئ چې د مسو گرډ ته لیږدول شوې لکه څنګه چې "FS-NGF: جوړښت او ملکیتونه (بحث شوي) د "جوړښت او ملکیتونو" لاندې) یا د راتلونکي کارونې لپاره ذخیره کړئ (انځور SI4). د دې معیار پراساس، موږ اټکل کوو چې NGF تر 98-99٪ پورې حاصلاتو کې بیرته ترلاسه کیدی شي (د لیږد لپاره د ودې وروسته).
د پولیمر پرته د لیږد نمونې په تفصیل سره تحلیل شوې. د سطحې مورفولوژیکي ځانګړتیاوې چې په FS- او BS-NGF/SiO2/Si (انځور 2c) کې د نظري مایکروسکوپي (OM) او SEM عکسونو (انځور SI5 او انځور 3) په کارولو سره ترلاسه شوي ښودلې چې دا نمونې د مایکروسکوپي پرته لیږدول شوي. د لیدلو وړ ساختماني زیانونه لکه درزونه، سوري، یا خلاص شوي ساحې. د مخ پر ودې NGF (انځور 3b، d، د ارغواني تیرونو لخوا نښه شوي) په اړه پوښونه د لیږد وروسته سم پاتې شول. FS- او BS-NGF دواړه د FLG سیمو څخه جوړ شوي دي (روښانه سیمې چې په شکل 3 کې د نیلي تیرونو لخوا ښودل شوي). په حیرانتیا سره، د هغو څو زیانمن شویو سیمو برعکس چې معمولا د الټرا پتلي ګرافیټ فلمونو د پولیمر لیږد پرمهال لیدل کیږي، د مایکرون اندازې FLG او MLG سیمې چې د NGF سره نښلوي (په شکل 3d کې د نیلي تیرونو لخوا نښه شوي) پرته له درزونو یا ماتیدو لیږدول شوي (انځور 3d). 3). میخانیکي بشپړتیا د NGF د TEM او SEM انځورونو په کارولو سره نوره هم تایید شوه چې د لیس کاربن مسو گرډونو ته لیږدول شوي، لکه څنګه چې وروسته بحث وشو ("FS-NGF: جوړښت او ملکیتونه"). لیږدول شوی BS-NGF/SiO2/Si د FS-NGF/SiO2/Si په پرتله سخت دی چې د rms ارزښتونه یې په ترتیب سره 140 nm او 17 nm دي، لکه څنګه چې په شکل SI6a او b (20 × 20 μm2) کې ښودل شوي. د NGF RMS ارزښت چې په SiO2/Si سبسټریټ (RMS < 2 nm) کې لیږدول شوی د Ni (شکل SI2) کې کرل شوي NGF په پرتله د پام وړ ټیټ دی (شاوخوا 3 ځله)، دا په ګوته کوي چې اضافي ناهمواري ممکن د Ni سطحې سره مطابقت ولري. سربیره پردې، د FS- او BS-NGF/SiO2/Si نمونو په څنډو کې ترسره شوي AFM انځورونه په ترتیب سره د 100 او 80 nm NGF ضخامت ښیې (شکل SI7). د BS-NGF کوچنی ضخامت ممکن د دې پایله وي چې سطحه په مستقیم ډول د مخکیني ګاز سره مخ نه شي.
په SiO2/Si ویفر کې د پولیمر پرته لیږدول شوي NGF (NiAG) (شکل 2c وګورئ): (a,b) د لیږدول شوي FS-NGF SEM انځورونه: ټیټ او لوړ میګنیفیکیشن (په پینل کې د نارنجي مربع سره مطابقت لري). عادي ساحې) - a). (c,d) د لیږدول شوي BS-NGF SEM انځورونه: ټیټ او لوړ میګنیفیکیشن (په پینل c کې د نارنجي مربع لخوا ښودل شوي عادي ساحې سره مطابقت لري). (e, f) د لیږدول شوي FS- او BS-NGFs AFM انځورونه. نیلي تیر د FLG سیمه استازیتوب کوي - روښانه برعکس، سیان تیر - تور MLG برعکس، سور تیر - تور برعکس د NGF سیمه استازیتوب کوي، میجنټا تیر د فولډ استازیتوب کوي.
د کرل شویو او لیږدول شویو FS- او BS-NGFs کیمیاوي جوړښت د ایکس رې فوټو الیکټرون سپیکٹروسکوپي (XPS) (انځور 4) لخوا تحلیل شو. په اندازه شوي سپیکٹرا (انځور 4a، b) کې یو کمزوری څوکه لیدل شوې، چې د کرل شوي FS- او BS-NGFs (NiAG) د Ni سبسټریټ (850 eV) سره مطابقت لري. د لیږدول شوي FS- او BS-NGF/SiO2/Si اندازه شوي سپیکٹرا کې هیڅ څوکۍ شتون نلري (انځور 4c؛ د BS-NGF/SiO2/Si لپاره ورته پایلې نه دي ښودل شوي)، دا په ګوته کوي چې د لیږد وروسته د Ni ککړتیا پاتې نه ده. شکلونه 4d-f د FS-NGF/SiO2/Si د C 1 s، O 1 s او Si 2p انرژۍ کچې لوړ ریزولوشن سپیکٹرا ښیې. د ګرافایټ د C 1 s د پابندۍ انرژي 284.4 eV53.54 ده. د ګرافایټ څوکو خطي شکل عموما غیر متناسب ګڼل کیږي، لکه څنګه چې په شکل 4d54 کې ښودل شوي. د لوړ ریزولوشن کور-کچې C1s سپیکٹرم (شکل 4d) هم خالص لیږد تایید کړ (یعنې، هیڅ پولیمر پاتې شوني نشته)، کوم چې د پخوانیو مطالعاتو سره مطابقت لري 38. د تازه کرل شوي نمونې (NiAG) او وروسته لیږد د C1s سپیکٹرا د کرښې عرض په ترتیب سره 0.55 او 0.62 eV دی. دا ارزښتونه د SLG (0.49 eV د SiO2 سبسټریټ کې د SLG لپاره) 38 څخه لوړ دي. په هرصورت، دا ارزښتونه د لوړ متمرکز پایرولیټیک ګرافین نمونو لپاره د مخکینۍ راپور شوي کرښې عرض څخه کوچني دي (~0.75 eV) 53,54,55، چې په اوسني موادو کې د خراب کاربن سایټونو نشتوالی په ګوته کوي. د C1s او O1s د ځمکې سطحې سپیکٹرا هم اوږې نلري، د لوړ ریزولوشن چوټي ډیکونوولوشن 54 اړتیا له منځه وړي. د π → π* سپوږمکۍ لوړوالی شاوخوا 291.1 eV دی، کوم چې ډیری وختونه په ګرافایټ نمونو کې لیدل کیږي. د Si 2p او O 1 د اصلي کچې سپیکٹرا کې د 103 eV او 532.5 eV سیګنالونه (شکل 4e، f وګورئ) په ترتیب سره د SiO2 56 سبسټریټ ته منسوب شوي. XPS د سطحې حساس تخنیک دی، نو هغه سیګنالونه چې د Ni او SiO2 سره مطابقت لري په ترتیب سره د NGF لیږد دمخه او وروسته کشف شوي، د FLG سیمې څخه سرچینه اخلي. ورته پایلې د لیږدول شوي BS-NGF نمونو لپاره لیدل شوي (نه ښودل شوي).
د NiAG XPS پایلې: (ac) په ترتیب سره د کرل شوي FS-NGF/Ni، BS-NGF/Ni او لیږدول شوي FS-NGF/SiO2/Si د مختلفو عنصري اټومي ترکیبونو سروې سپیکٹرا. (d–f) د FS-NGF/SiO2/Si نمونې د اصلي کچو C 1 s، O 1s او Si 2p لوړ ریزولوشن سپیکٹرا.
د لیږدول شویو NGF کرسټالونو عمومي کیفیت د ایکس رې انعطاف (XRD) په کارولو سره ارزول شوی. د لیږدول شویو FS- او BS-NGF/SiO2/Si عادي XRD نمونې (شکل SI8) د ګرافایټ په څیر په 26.6° او 54.7° کې د انعطاف څوکو (0 0 0 2) او (0 0 0 4) شتون ښیې. . دا د NGF لوړ کرسټالین کیفیت تاییدوي او د d = 0.335 nm د انټرپریر فاصلې سره مطابقت لري، کوم چې د لیږد مرحلې وروسته ساتل کیږي. د انعطاف څوکې شدت (0 0 0 2) د انعطاف څوکې (0 0 0 4) څخه نږدې 30 ځله دی، دا په ګوته کوي چې د NGF کرسټال الوتکه د نمونې سطحې سره ښه سمون لري.
د SEM، رامان سپیکٹروسکوپي، XPS او XRD د پایلو له مخې، د BS-NGF/Ni کیفیت د FS-NGF/Ni سره ورته وموندل شو، که څه هم د هغې rms ناهموارۍ یو څه لوړه وه (شکلونه SI2، SI5) او SI7).
SLGs چې د پولیمر ملاتړ پرتونو سره تر 200 nm پورې ضخامت لري کولی شي په اوبو کې تیر شي. دا ترتیب معمولا د پولیمر په مرسته لوند کیمیاوي لیږد پروسو کې کارول کیږي 22,38. ګرافین او ګرافیت هایدروفوبیک دي (لوند زاویه 80-90°) 57. د ګرافین او FLG دواړو احتمالي انرژي سطحې خورا فلیټ دي، د سطحې په اوږدو کې د اوبو د اړخ حرکت لپاره د ټیټ احتمالي انرژي (~1 kJ/mol) سره. په هرصورت، د ګرافین او د ګرافین دریو طبقو سره د اوبو محاسبه شوي تعامل انرژي په ترتیب سره نږدې − 13 او − 15 kJ/mol،58 دي، دا په ګوته کوي چې د NGF سره د اوبو تعامل (شاوخوا 300 طبقو) د ګرافین په پرتله ټیټ دی. دا ممکن یو له هغو دلیلونو څخه وي چې ولې آزاد ولاړ NGF د اوبو په سطحه فلیټ پاتې کیږي، پداسې حال کې چې آزاد ولاړ ګرافین (کوم چې په اوبو کې تیریږي) پورته کیږي او ماتیږي. کله چې NGF په بشپړ ډول په اوبو کې ډوب شي (پایلې د ناڅاپه او فلیټ NGF لپاره ورته دي)، د هغې څنډې کږې کیږي (شکل SI4). د بشپړ ډوبیدو په صورت کې، تمه کیږي چې د NGF-اوبو تعامل انرژي تقریبا دوه چنده شي (د لامبو وهونکي NGF په پرتله) او د NGF څنډې د لوړ تماس زاویه (هایډروفوبیسیټي) ساتلو لپاره تاو شي. موږ باور لرو چې د سرایت شوي NGFs د څنډو د کرل کیدو څخه مخنیوي لپاره ستراتیژۍ رامینځته کیدی شي. یوه لاره دا ده چې د ګرافایټ فلم د لوند کولو غبرګون تعدیل کولو لپاره مخلوط محلولونه وکاروئ59.
د لوند کیمیاوي لیږد پروسو له لارې د سبسټریټ مختلفو ډولونو ته د SLG لیږد دمخه راپور شوی. دا عموما منل شوې ده چې د ګرافین/ګرافیټ فلمونو او سبسټریټ ترمنځ ضعیف وین ډیر والز ځواکونه شتون لري (که دا سخت سبسټریټ لکه SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si ستونونه22 او لیسي کاربن فلمونه30,34 یا انعطاف منونکي سبسټریټ لکه پولیمایډ 37). دلته موږ فرض کوو چې د ورته ډول تعامل غالب وي. موږ د میخانیکي اداره کولو پرمهال (د خلا او/یا اتموسفیر شرایطو لاندې د ځانګړتیا په جریان کې یا د ذخیره کولو پرمهال) دلته وړاندې شوي د هر یو سبسټریټ لپاره د NGF کوم زیان یا خلاصیدل نه دي لیدلي (د مثال په توګه، شکل 2, SI7 او SI9). سربیره پردې، موږ د NGF/SiO2/Si نمونې د اصلي کچې د XPS C 1 سپیکٹرم کې د SiC چوکۍ نه ده لیدلې (شکل 4). دا پایلې ښیي چې د NGF او هدف سبسټریټ ترمنځ هیڅ کیمیاوي اړیکه شتون نلري.
په پخوانۍ برخه کې، "د FS- او BS-NGF پولیمر څخه پاک لیږد،" موږ وښودله چې NGF کولی شي د نکل ورق دواړو خواوو ته وده وکړي او لیږد کړي. دا FS-NGFs او BS-NGFs د سطحې د ناهموارۍ له مخې یو شان ندي، کوم چې موږ یې وهڅول چې د هر ډول لپاره ترټولو مناسب غوښتنلیکونه وپلټو.
د FS-NGF د شفافیت او نرمې سطحې په پام کې نیولو سره، موږ د هغې سیمه ایز جوړښت، نظري او بریښنایی ملکیتونه په ډیر تفصیل سره مطالعه کړل. د پولیمر لیږد پرته د FS-NGF جوړښت او جوړښت د لیږد الکترون مایکروسکوپي (TEM) امیجنگ او د ټاکل شوي ساحې الکترون تفاوت (SAED) نمونې تحلیل لخوا مشخص شوی. اړونده پایلې په 5 شکل کې ښودل شوي. د ټیټ میګنیفیکیشن پلانر TEM امیجنگ د NGF او FLG سیمو شتون څرګند کړ چې د مختلف الکترون برعکس ځانګړتیاوې لري، یعنی په ترتیب سره تیاره او روښانه سیمې (انځور 5a). فلم په ټولیز ډول د NGF او FLG د مختلفو سیمو ترمنځ ښه میخانیکي بشپړتیا او ثبات ښیې، د ښه اوورلیپ سره او هیڅ زیان یا اوښکې نه، کوم چې د SEM (انځور 3) او لوړ میګنیفیکیشن TEM مطالعاتو (انځور 5c-e) لخوا هم تایید شوی. په ځانګړې توګه، په انځور کې. انځور 5d د پل جوړښت په خپله لویه برخه کې ښیې (هغه موقعیت چې په انځور 5d کې د تور نقطې تیر لخوا نښه شوی)، کوم چې د مثلث شکل لخوا مشخص شوی او د ګرافین پرت څخه جوړ دی چې شاوخوا 51 پلنوالی لري. هغه ترکیب چې د 0.33 ± 0.01 nm انټرپلنر فاصلې سره وي په تر ټولو تنګه سیمه کې د ګرافین څو طبقو ته نور هم راټیټ شوی (په شکل 5 d کې د جامد تور تیر پای).
د کاربن لیسي مسو په گرډ کې د پولیمر څخه پاک NiAG نمونې پلانر TEM انځور: (a، b) د NGF او FLG سیمو په ګډون د ټیټ میګنیفیکیشن TEM انځورونه، (ce) په پینل-a او پینل-b کې د مختلفو سیمو لوړ میګنیفیکیشن انځورونه د ورته رنګ نښه شوي تیرونه دي. په پینل a او c کې شنه تیرونه د بیم سمون په جریان کې د زیان ګردي ساحې په ګوته کوي. (f–i) په پینل a څخه c کې، په مختلفو سیمو کې د SAED نمونې په ترتیب سره د نیلي، سیان، نارنجي او سره حلقو لخوا ښودل شوي.
په شکل 5c کې د ربن جوړښت د ګرافایټ جالیو طیارو عمودی سمت ښیي (د سور تیر سره نښه شوی)، کوم چې ممکن د فلم په اوږدو کې د نانو فولډونو د جوړولو له امله وي (په شکل 5c کې داخل شوی) د اضافي غیر معاوضه شوي شین فشار له امله 30,61,62. د لوړ ریزولوشن TEM لاندې، دا نانو فولډونه 30 د NGF سیمې د پاتې برخې په پرتله مختلف کریسټالوګرافیک سمت ښیې؛ د ګرافایټ جالیو اساسی طیارې تقریبا عمودی دي، د فلم د پاتې برخې په څیر د افقی پرځای (په شکل 5c کې داخل شوی). په ورته ډول، د FLG سیمه کله ناکله خطي او تنګ بینډ په څیر فولډونه (د نیلي تیرونو لخوا نښه شوي) ښیې، کوم چې په ترتیب سره په شکل 5b، 5e کې په ټیټ او متوسط ​​میګنیفیکیشن کې ښکاري. په شکل 5e کې داخل شوی د FLG سکتور کې د دوه او درې پرتونو ګرافین پرتونو شتون تاییدوي (انټرپلانر فاصله 0.33 ± 0.01 nm)، کوم چې زموږ د تیرو پایلو سره ښه موافق دی 30. سربیره پردې، د پولیمر څخه پاک NGF ثبت شوي SEM انځورونه چې د مسو ګریډونو ته د لیسي کاربن فلمونو سره لیږدول شوي (د پورته لید TEM اندازه کولو وروسته) په شکل SI9 کې ښودل شوي. ښه ځړول شوی FLG سیمه (د نیلي تیر سره نښه شوې) او په شکل SI9f کې مات شوی سیمه. نیلي تیر (د لیږدول شوي NGF په څنډه کې) په قصدي ډول د دې ښودلو لپاره وړاندې شوی چې د FLG سیمه کولی شي د پولیمر پرته د لیږد پروسې سره مقاومت وکړي. په لنډیز کې، دا انځورونه تاییدوي چې جزوي ځنډول شوی NGF (د FLG سیمې په شمول) حتی د TEM او SEM اندازه کولو پرمهال د سختې اداره کولو او لوړ خلا سره مخ کیدو وروسته میخانیکي بشپړتیا ساتي (شکل SI9).
د NGF د غوره فلیټوالي له امله (شکل 5a وګورئ)، د SAED جوړښت تحلیل کولو لپاره د [0001] ډومین محور په اوږدو کې فلیکسونه تنظیم کول ستونزمن ندي. د فلم د محلي ضخامت او د هغې موقعیت پورې اړه لري، د الکترون تفاوت مطالعاتو لپاره د علاقې ډیری سیمې (12 ټکي) پیژندل شوي. په شکل 5a–c کې، د دې عادي سیمو څخه څلور ښودل شوي او د رنګ شوي حلقو سره نښه شوي (نیلي، سیان، نارنجي، او سره کوډ شوي). شکل 2 او 3 د SAED حالت لپاره. شکل 5f او g د FLG سیمې څخه ترلاسه شوي چې په شکل 5 او 5 کې ښودل شوي. لکه څنګه چې په ترتیب سره په شکل 5b او c کې ښودل شوي. دوی د مسدس جوړښت لري چې د مسدس ګرافین 63 سره ورته دي. په ځانګړې توګه، شکل 5f د [0001] زون محور د ورته سمت سره درې سپر امپوز شوي نمونې ښیې، د 10° او 20° لخوا ګرځول شوي، لکه څنګه چې د (10-10) انعکاسونو د دریو جوړو زاویه بې اتفاقۍ لخوا ثبوت شوی. په ورته ډول، شکل 5g دوه سپر امپوز شوي شپږ ګوني نمونې ښیي چې د 20 درجو په واسطه ګرځیدلي دي. د FLG په سیمه کې د شپږ ګوني نمونو دوه یا درې ګروپونه کولی شي د دریو دننه یا له الوتکې څخه بهر ګرافین طبقو 33 څخه رامینځته شي چې یو بل ته په پرتله ګرځیدلي دي. برعکس، په شکل 5h,i کې د الکترون تفاوت نمونې (د NGF سیمې سره مطابقت لري چې په شکل 5a کې ښودل شوي) یو واحد [0001] نمونه ښیې چې د ټولیز لوړ نقطې تفاوت شدت سره، د موادو د ضخامت سره مطابقت لري. دا SAED ماډلونه د FLG په پرتله د ضخامت ګرافیک جوړښت او منځمهاله سمت سره مطابقت لري، لکه څنګه چې د شاخص 64 څخه استنباط شوی. د NGF د کرسټالین ملکیتونو ځانګړتیا د دوه یا دریو سپر امپوز شوي ګرافیت (یا ګرافین) کرسټالیټونو ګډ شتون څرګند کړ. هغه څه چې په ځانګړي ډول د FLG په سیمه کې د پام وړ دي دا دي چې کرسټالیټونه د الوتکې دننه یا له الوتکې څخه بهر د غلط سمت یوه ټاکلې درجې لري. د ګرافایټ ذرات/طبقې چې د الوتکې دننه د گردش زاویې 17°، 22° او 25° دي، دمخه د Ni 64 فلمونو کې کرل شوي NGF لپاره راپور شوي. پدې څیړنه کې لیدل شوي د گردش زاویې ارزښتونه د مات شوي BLG63 ګرافین لپاره د مخکینۍ مشاهده شوي گردش زاویو (±1°) سره مطابقت لري.
د NGF/SiO2/Si بریښنایی ملکیتونه د 10×3 mm2 په ساحه کې په 300 K کې اندازه شوي. د الکترون کیریر غلظت، حرکت او چالکتیا ارزښتونه په ترتیب سره 1.6 × 1020 cm-3، 220 cm2 V-1 C-1 او 2000 S-cm-1 دي. زموږ د NGF د حرکت او چالکتیا ارزښتونه د طبیعي ګرافیت سره ورته دي2 او د سوداګریزې پلوه شتون لرونکي لوړ متمرکز پایرولیټیک ګرافیت څخه لوړ دي (په 3000 °C کې تولید شوي)29. د لیدل شوي الکترون کیریر غلظت ارزښتونه د مایکرون-ضخامت ګرافیت فلمونو لپاره چې د لوړ تودوخې (3200 °C) پولیمایډ شیټونو په کارولو سره چمتو شوي د اندازې دوه درجې لوړ دي20.
موږ د FS-NGF په اړه چې کوارټز سبسټریټونو ته لیږدول شوي د UV-لیدونکي لیږد اندازه کول هم ترسره کړل (شکل 6). پایله لرونکی سپیکٹرم د 350-800 nm په حد کې د 62٪ نږدې دوامداره لیږد ښیي، دا په ګوته کوي چې NGF د لید وړ رڼا ته شفاف دی. په حقیقت کې، د "KAUST" نوم د نمونې په ډیجیټل عکس کې په شکل 6b کې لیدل کیدی شي. که څه هم د NGF نانوکریسټالین جوړښت د SLG څخه توپیر لري، د پرتونو شمیر د هر اضافي پرت 65 د 2.3٪ لیږد ضایع کیدو قاعدې په کارولو سره اټکل کیدی شي. د دې اړیکې له مخې، د ګرافین پرتونو شمیر چې 38٪ لیږد ضایع لري 21 دی. وده شوی NGF په عمده توګه د 300 ګرافین پرتونو څخه جوړ دی، یعنی شاوخوا 100 nm ضخامت (شکل 1، SI5 او SI7). له همدې امله، موږ فرض کوو چې لیدل شوی نظری شفافیت د FLG او MLG سیمو سره مطابقت لري، ځکه چې دوی په ټول فلم کې ویشل شوي دي (شکل 1، 3، 5 او 6c). د پورته ساختماني معلوماتو سربیره، چالکتیا او شفافیت هم د لیږدول شوي NGF لوړ کرسټالین کیفیت تاییدوي.
(a) د UV-لیدونکې لیږد اندازه کول، (b) د نمایشي نمونې په کارولو سره په کوارټز باندې د NGF عادي لیږد. (c) د NGF (تیاره بکس) سکیماتیک چې په مساوي ډول ویشل شوي FLG او MLG سیمې د نمونې په اوږدو کې د خړ تصادفي شکلونو په توګه نښه شوي (شکل 1 وګورئ) (په هر 100 μm2 کې نږدې 0.1-3٪ ساحه). په ډیاګرام کې تصادفي شکلونه او د دوی اندازې یوازې د توضیحي موخو لپاره دي او د اصلي ساحو سره مطابقت نلري.
د CVD لخوا کرل شوی شفاف NGF مخکې له دې چې د سیلیکون سطحو ته لیږدول شوی وي او په لمریز حجرو کې کارول کیږي 15,16. د بریښنا د تبادلې موثریت (PCE) 1.5٪ دی. دا NGFs ډیری دندې ترسره کوي لکه د فعال مرکب طبقې، د چارج ټرانسپورټ لارې، او شفاف الکترودونه 15,16. په هرصورت، د ګرافایټ فلم یونیفورم نه دی. د ګرافایټ الکترود د شیټ مقاومت او نظری لیږد په احتیاط سره کنټرولولو سره نور اصلاح کول اړین دي، ځکه چې دا دوه ملکیتونه د لمریز حجرو د PCE ارزښت په ټاکلو کې مهم رول لوبوي 15,16. معمولا، د ګرافایټ فلمونه د لید وړ رڼا ته 97.7٪ شفاف دي، مګر د 200-3000 ohms/sq.16 د شیټ مقاومت لري. د ګرافایټ فلمونو سطحې مقاومت د پرتونو شمیر زیاتولو (د ګرافایټ پرتونو ډیری لیږد) او د HNO3 (~30 ohms/sq.) سره ډوپ کولو سره کم کیدی شي 66. په هرصورت، دا پروسه ډیر وخت نیسي او مختلف لیږد پرتونه تل ښه اړیکه نه ساتي. زموږ د مخکینۍ برخې NGF ځانګړتیاوې لري لکه د چالکتیا 2000 S/cm، د فلم شیټ مقاومت 50 ohm/sq. او 62٪ شفافیت، چې دا د لمریز حجرو کې د چلونکي چینلونو یا کاونټر الکترودونو لپاره یو مناسب بدیل جوړوي15,16.
که څه هم د BS-NGF جوړښت او سطحي کیمیا د FS-NGF سره ورته ده، د هغې ناهموارۍ توپیر لري ("د FS- او BS-NGF وده"). مخکې، موږ د ګاز سینسر په توګه د الټرا پتلي فلم ګریفایټ22 کارول. له همدې امله، موږ د ګاز سینس کولو دندو لپاره د BS-NGF کارولو امکان ازموینه وکړه (شکل SI10). لومړی، د BS-NGF mm2 اندازې برخې د انټرډیجیټینګ الیکټروډ سینسر چپ (شکل SI10a-c) ته لیږدول شوي. د چپ د تولید توضیحات دمخه راپور شوي وو؛ د هغې فعال حساس ساحه 9 mm267 ده. د SEM انځورونو کې (شکل SI10b او c)، د سرو زرو لاندې الیکټروډ په روښانه توګه د NGF له لارې لیدل کیږي. بیا، دا لیدل کیدی شي چې د ټولو نمونو لپاره یونیفورم چپ پوښښ ترلاسه شوی. د مختلفو ګازونو د ګاز سینسر اندازه کول ثبت شوي (شکل SI10d) (شکل SI11) او د پایله شوي غبرګون نرخونه په شکلونو کې ښودل شوي. SI10g. احتمال لري د نورو مداخلو ګازونو سره لکه SO2 (200 ppm)، H2 (2٪)، CH4 (200 ppm)، CO2 (2٪)، H2S (200 ppm) او NH3 (200 ppm). یو احتمالي لامل NO2 دی. د ګاز الکتروفیلیک طبیعت 22,68. کله چې د ګرافین په سطحه جذب شي، دا د سیسټم لخوا د الکترونونو اوسني جذب کموي. د BS-NGF سینسر د غبرګون وخت ډیټا پرتله کول د پخوانیو خپرو شویو سینسرونو سره په جدول SI2 کې وړاندې شوي. د افشا شوي نمونو د UV پلازما، O3 پلازما یا تودوخې (50-150 ° C) درملنې په کارولو سره د NGF سینسرونو د بیا فعالولو میکانیزم روان دی، په مثالي توګه د سرایت شوي سیسټمونو پلي کول تعقیبوي69.
د CVD پروسې په جریان کې، د ګرافین وده د کتلست سبسټریټ په دواړو خواوو کې واقع کیږي41. په هرصورت، BS-ګرافین معمولا د لیږد پروسې په جریان کې خارج کیږي41. پدې څیړنه کې، موږ ښیې چې د لوړ کیفیت NGF وده او د پولیمر څخه پاک NGF لیږد د کتلست ملاتړ په دواړو خواوو کې ترلاسه کیدی شي. BS-NGF د FS-NGF (~100 nm) په پرتله پتلی (~80 nm) دی، او دا توپیر د دې حقیقت له مخې تشریح شوی چې BS-Ni په مستقیم ډول د مخکیني ګاز جریان سره مخ نه دی. موږ دا هم وموندله چې د NiAR سبسټریټ ناهموارۍ د NGF ناهموارۍ اغیزه کوي. دا پایلې ښیي چې وده شوی پلانر FS-NGF د ګرافین لپاره د مخکیني موادو په توګه کارول کیدی شي (د اکسفولیشن میتود لخوا 70) یا په لمریز حجرو کې د کنډکټیو چینل په توګه 15,16. برعکس، BS-NGF به د ګاز کشف (شکل SI9) او ممکن د انرژۍ ذخیره کولو سیسټمونو لپاره 71,72 وکارول شي چیرې چې د هغې د سطحې ناهموارۍ به ګټوره وي.
د پورته ذکر شویو په پام کې نیولو سره، دا ګټوره ده چې اوسنی کار د CVD لخوا کرل شوي پخوانیو خپرو شویو ګرافایټ فلمونو سره یوځای شي او د نکل ورق کاروي. لکه څنګه چې په جدول 2 کې لیدل کیدی شي، هغه لوړ فشارونه چې موږ یې کارولي د عکس العمل وخت (د ودې مرحله) حتی په نسبتا ټیټ تودوخې کې (د 850-1300 °C په حد کې) لنډ کړ. موږ د معمول په پرتله لوی وده هم ترلاسه کړه، چې د پراختیا احتمال په ګوته کوي. نور عوامل هم شتون لري چې باید په پام کې ونیول شي، چې ځینې یې موږ په جدول کې شامل کړي دي.
دوه اړخیزه لوړ کیفیت لرونکي NGF د کتلاټیک CVD لخوا په نکل ورق کې کرل شوي وو. د دودیزو پولیمر سبسټریټونو (لکه هغه چې په CVD ګرافین کې کارول کیږي) له منځه وړلو سره، موږ د NGF پاک او عیب څخه پاک لوند لیږد ترلاسه کوو (د نکل ورق په شا او مخکینۍ خوا کې کرل شوي) د پروسې-کریټیکل سبسټریټونو ته. د پام وړ، NGF کې FLG او MLG سیمې شاملې دي (معمولا په هر 100 µm2 کې 0.1٪ څخه تر 3٪ پورې) چې په ساختماني ډول په ښه توګه په ضخامت فلم کې مدغم شوي دي. پلانر TEM ښیي چې دا سیمې د دوه څخه تر دریو ګرافیت/ګرافین ذراتو (کرسټالونه یا پرتونه، په ترتیب سره) څخه جوړې شوي دي، چې ځینې یې د 10-20 ° گردشي بې اتفاقي لري. FLG او MLG سیمې د لیدلو وړ رڼا ته د FS-NGF د شفافیت مسؤلیت لري. د شا پاڼو په اړه، دوی د مخکینۍ پاڼې سره موازي لیږدول کیدی شي او لکه څنګه چې ښودل شوي، کولی شي فعال هدف ولري (د مثال په توګه، د ګاز کشف لپاره). دا مطالعات د صنعتي پیمانه CVD پروسو کې د ضایعاتو او لګښتونو کمولو لپاره خورا ګټور دي.
په عموم کې، د CVD NGF اوسط ضخامت د (ټیټ او څو پرتونو) ګرافین او صنعتي (مایکرومیټر) ګرافیټ شیټونو ترمنځ دی. د دوی د زړه پورې ملکیتونو لړۍ، د هغه ساده میتود سره یوځای چې موږ یې د دوی د تولید او ترانسپورت لپاره رامینځته کړی، دا فلمونه په ځانګړي ډول د هغو غوښتنلیکونو لپاره مناسب کوي چې د ګرافیټ فعال غبرګون ته اړتیا لري، پرته له دې چې د انرژۍ متمرکز صنعتي تولید پروسو لګښت چې اوس مهال کارول کیږي.
په یوه سوداګریز CVD ریکټور (Aixtron 4-inch BMPro) کې د 25-μm-ضخامت نیکل ورق (99.5٪ پاکوالی، ګوډفیلو) نصب شو. سیسټم د ارګون سره پاک شو او د 10-3 mbar اساس فشار ته خالي شو. بیا نکل ورق ځای په ځای شو. په Ar/H2 کې (د 5 دقیقو لپاره د Ni ورق له مخکې انیل کولو وروسته، ورق په 900 °C کې د 500 mbar فشار سره مخ شو. NGF د 5 دقیقو لپاره د CH4/H2 (هر یو 100 cm3) په جریان کې زیرمه شو. بیا نمونه د 40 °C/min کې د Ar جریان (4000 cm3) په کارولو سره د 700 °C څخه ښکته تودوخې ته سړه شوه. د NGF د ودې پروسې د اصلاح کولو توضیحات په بل ځای کې تشریح شوي دي 30.
د نمونې د سطحې مورفولوژي د SEM لخوا د زیس مرلین مایکروسکوپ (1 kV، 50 pA) په کارولو سره لیدل شوې. د نمونې د سطحې ناهموارۍ او NGF ضخامت د AFM (Dimension Icon SPM، Bruker) په کارولو سره اندازه شوی. د TEM او SAED اندازه کول د FEI ټایټان 80-300 مکعب مایکروسکوپ په کارولو سره ترسره شوي چې د لوړ روښانتیا ساحې اخراج ټوپک (300 kV)، د FEI وین ډول مونوکرومیټر او د CEOS لینز کروی تخریب اصلاح کونکی سره سمبال شوي ترڅو وروستۍ پایلې ترلاسه کړي. ځایی ریزولوشن 0.09 nm. د NGF نمونې د فلیټ TEM امیجنگ او SAED جوړښت تحلیل لپاره د کاربن لیسي لیپت شوي مسو گرډونو ته لیږدول شوي. پدې توګه، د نمونې ډیری فلوکس د ملاتړ کونکي غشا په سوریو کې ځنډول شوي. لیږدول شوي NGF نمونې د XRD لخوا تحلیل شوي. د ایکس رې انحراف نمونې د پوډر انحراف میټر (بروکر، د D2 فیز شفټر د Cu Kα سرچینې سره، 1.5418 Å او LYNXEYE کشف کونکی) په کارولو سره د Cu وړانګو سرچینې په کارولو سره ترلاسه شوې چې د بیم ځای قطر یې 3 ملي میتر دی.
د رامان نقطې څو اندازه ګیرۍ د یو مدغم کنفوکل مایکروسکوپ (الفا 300 RA، WITeC) په کارولو سره ثبت شوې. د تودوخې له امله رامینځته شوي اغیزو څخه د مخنیوي لپاره د ټیټ جوش ځواک (25٪) سره د 532 nm لیزر کارول شوی و. د ایکس رې فوټو الیکټرون سپیکٹروسکوپي (XPS) د کراتوس اکسس الټرا سپیکٹرومیټر باندې د 300 × 700 μm2 نمونې ساحې باندې د مونوکروماتیک ال Kα وړانګو (hν = 1486.6 eV) په کارولو سره د 150 W په ځواک کې ترسره شوه. د ریزولوشن سپیکٹرا په ترتیب سره د 160 eV او 20 eV د لیږد انرژۍ کې ترلاسه شوي. د NGF نمونې چې SiO2 ته لیږدول شوي د 30 W په PLS6MW (1.06 μm) یټربیم فایبر لیزر په کارولو سره په ټوټو (3 × 10 mm2 هر یو) پرې شوي. د مسو تار تماسونه (50 μm ضخامت) د نظري مایکروسکوپ لاندې د سپینو زرو پیسټ په کارولو سره جوړ شوي. د بریښنایی ترانسپورت او هال اغیزې تجربې په دې نمونو باندې د 300 K او د ± 9 Tesla د مقناطیسي ساحې توپیر په فزیکي ملکیتونو اندازه کولو سیسټم کې ترسره شوې (PPMS EverCool-II، کوانټم ډیزاین، USA). لیږدول شوي UV-vis سپیکٹرا د 350-800 nm NGF رینج کې د لامبډا 950 UV-vis سپیکٹرو فوټومیټر په کارولو سره ثبت شوي چې کوارټز سبسټریټونو او کوارټز حوالې نمونو ته لیږدول شوي.
د کیمیاوي مقاومت سینسر (انټرډیجیټډ الیکټروډ چپ) د یو ځانګړي چاپ شوي سرکټ بورډ 73 سره وصل شوی و او مقاومت په لنډمهاله توګه استخراج شوی و. چاپ شوی سرکټ بورډ چې په هغه کې وسیله موقعیت لري د تماس ټرمینلونو سره وصل دی او د ګاز سینسنګ چیمبر 74 دننه ځای په ځای شوی. د مقاومت اندازه کول د 1 V په ولټاژ کې د پاکولو څخه تر ګاز افشا کیدو پورې دوامداره سکین سره اخیستل شوي او بیا بیا پاکول شوي. چیمبر په پیل کې د 1 ساعت لپاره د نایتروجن سره په 200 cm3 کې د پاکولو سره پاک شوی و ترڅو ډاډ ترلاسه شي چې په چیمبر کې موجود ټول نور تحلیلونه لرې کول، په شمول د رطوبت. بیا انفرادي تحلیل کونکي د N2 سلنډر تړلو سره د 200 cm3 په ورته جریان نرخ کې چیمبر ته ورو ورو خوشې شوي.
د دې مقالې اصلاح شوې نسخه خپره شوې او د مقالې په سر کې د لینک له لارې ورته لاسرسی کیدی شي.
انګاکي، ایم. او کانګ، ایف. د کاربن موادو ساینس او ​​انجینرۍ: اساسات. دوهم چاپ ایډیټ شوی. ۲۰۱۴. ۵۴۲.
د کاربن، ګرافیت، الماس او فولرینونو لارښود کتاب: ځانګړتیاوې، پروسس او غوښتنلیکونه. لومړۍ نسخه ایډیټ شوې ده. ۱۹۹۴، نیو جرسي.
تسای، ډبلیو. او نور. د لویې ساحې څو پوړیز ګرافین/ګرافایټ فلمونه د شفاف پتلي کنډکټیو الکترودونو په توګه. تطبیق. فزیک. رائټ. 95(12)، 123115(2009).
د ګرافین او نانو جوړښت شوي کاربن موادو حرارتي ځانګړتیاوې. نیټ. میټ. 10(8)، 569–581 (2011).
چینګ KY، براون PW او Cahill DG د ګرافایټ فلمونو حرارتي چالکتیا چې په Ni (111) کې د ټیټ تودوخې کیمیاوي بخار زیرمو له لارې کرل کیږي. فعل. میټ. انٹرفیس 3، 16 (2016).
هیسجیدال، ټي. د کیمیاوي بخاراتو د زیرمو له لارې د ګرافین فلمونو دوامداره وده. تطبیق. فزیک. رائټ. 98(13)، 133106(2011).