Nature.com වෙත පිවිසීම ගැන ඔබට ස්තූතියි. ඔබ භාවිතා කරන බ්‍රව්සර් අනුවාදයේ සීමිත CSS සහාය ඇත. හොඳම ප්‍රතිඵල සඳහා, ඔබගේ බ්‍රව්සරයේ නවතම අනුවාදයක් භාවිතා කරන ලෙස අපි නිර්දේශ කරමු (නැතහොත් Internet Explorer හි අනුකූලතා ප්‍රකාරය අක්‍රීය කරන්න). මේ අතරතුර, අඛණ්ඩ සහාය සහතික කිරීම සඳහා, අපි මෝස්තරයක් හෝ JavaScript නොමැතිව අඩවිය ප්‍රදර්ශනය කරන්නෙමු.
නැනෝ පරිමාණ මිනිරන් පටල (NGFs) යනු උත්ප්‍රේරක රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමෙන් නිපදවිය හැකි ශක්තිමත් නැනෝ ද්‍රව්‍ය වේ, නමුත් ඒවායේ මාරු කිරීමේ පහසුව සහ ඊළඟ පරම්පරාවේ උපාංගවල ඒවායේ භාවිතයට මතුපිට රූප විද්‍යාව බලපාන්නේ කෙසේද යන්න පිළිබඳ ප්‍රශ්න පවතී. මෙහිදී අපි බහු ස්ඵටික නිකල් තීරුවක දෙපස NGF වර්ධනය (ප්‍රදේශය 55 cm2, ඝණකම 100 nm පමණ) සහ එහි පොලිමර්-නිදහස් හුවමාරුව (ඉදිරිපස සහ පසුපස, ප්‍රදේශය 6 cm2 දක්වා) වාර්තා කරමු. උත්ප්‍රේරක තීරුවේ රූප විද්‍යාව නිසා, කාබන් පටල දෙක ඒවායේ භෞතික ගුණාංග සහ අනෙකුත් ලක්ෂණ වලින් වෙනස් වේ (මතුපිට රළුබව වැනි). රළු පිටුපස පැත්තක් සහිත NGFs NO2 හඳුනාගැනීම සඳහා හොඳින් ගැලපෙන බව අපි පෙන්නුම් කරන අතර, ඉදිරිපස පැත්තේ සුමට හා සන්නායක NGFs (2000 S/cm, පත්‍ර ප්‍රතිරෝධය - 50 ohms/m2) ශක්‍ය සන්නායක විය හැකිය. සූර්ය කෝෂයේ නාලිකාව හෝ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය (එය දෘශ්‍ය ආලෝකයෙන් 62% ක් සම්ප්‍රේෂණය කරන බැවින්). සමස්තයක් වශයෙන්, විස්තර කරන ලද වර්ධන සහ ප්‍රවාහන ක්‍රියාවලීන් ග්‍රැෆීන් සහ මයික්‍රෝන ඝනකම ඇති මිනිරන් පටල සුදුසු නොවන තාක්ෂණික යෙදුම් සඳහා විකල්ප කාබන් ද්‍රව්‍යයක් ලෙස NGF සාක්ෂාත් කර ගැනීමට උපකාරී විය හැකිය.
මිනිරන් බහුලව භාවිතා වන කාර්මික ද්‍රව්‍යයකි. සැලකිය යුතු ලෙස, මිනිරන් සාපේක්ෂව අඩු ස්කන්ධ ඝනත්වය සහ ඉහළ තලීය තාප සහ විද්‍යුත් සන්නායකතාවයේ ගුණ ඇති අතර දැඩි තාප හා රසායනික පරිසරවල ඉතා ස්ථායී වේ1,2. ෆ්ලේක් මිනිරන් යනු ග්‍රැෆීන් පර්යේෂණ සඳහා ප්‍රසිද්ධ ආරම්භක ද්‍රව්‍යයකි3. තුනී පටල බවට සැකසූ විට, එය ස්මාර්ට්ෆෝන් වැනි ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග සඳහා තාප සින්ක් ඇතුළු පුළුල් පරාසයක යෙදුම්වල භාවිතා කළ හැකිය4,5,6,7, සංවේදකවල ක්‍රියාකාරී ද්‍රව්‍යයක් ලෙස8,9,10 සහ විද්‍යුත් චුම්භක මැදිහත්වීම් ආරක්ෂාව සඳහා11. 12 සහ අන්ත පාරජම්බුල කිරණවල ලිතෝග්‍රැෆි සඳහා පටල13,14, සූර්ය කෝෂවල නාලිකා සන්නයනය කිරීම15,16. මෙම සියලු යෙදුම් සඳහා, නැනෝ පරිමාණයේ <100 nm හි ඝනකම පාලනය කරන ලද මිනිරන් පටල (NGFs) විශාල ප්‍රදේශ පහසුවෙන් නිෂ්පාදනය කර ප්‍රවාහනය කළ හැකි නම් එය සැලකිය යුතු වාසියක් වනු ඇත.
ග්‍රැෆයිට් පටල විවිධ ක්‍රම මගින් නිපදවනු ලැබේ. එක් අවස්ථාවකදී, ග්‍රැෆීන් පෙති නිපදවීම සඳහා කාවැද්දීම සහ ප්‍රසාරණය සහ පසුව පිටකිරීම භාවිතා කරන ලදී10,11,17. පෙති අවශ්‍ය ඝනකමේ පටල බවට තවදුරටත් සැකසිය යුතු අතර, ඝන ග්‍රැෆයිට් තහඩු නිපදවීමට බොහෝ විට දින කිහිපයක් ගත වේ. තවත් ප්‍රවේශයක් වන්නේ ග්‍රැෆයිටබල් ඝන පූර්වගාමීන් සමඟ ආරම්භ කිරීමයි. කර්මාන්තයේ දී, පොලිමර් තහඩු කාබනීකරණය කර ඇත (1000–1500 °C දී) පසුව හොඳින් ව්‍යුහගත ස්ථර ද්‍රව්‍ය සෑදීම සඳහා (2800–3200 °C දී) ග්‍රැෆයිටීකරණය කර ඇත. මෙම පටලවල ගුණාත්මකභාවය ඉහළ වුවද, බලශක්ති පරිභෝජනය සැලකිය යුතු ය1,18,19 සහ අවම ඝණකම මයික්‍රෝන කිහිපයකට සීමා වේ1,18,19,20.
උත්ප්‍රේරක රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම (CVD) යනු ග්‍රැෆීන් සහ අතිශය තුනී ග්‍රැෆයිට් පටල (<10 nm) නිෂ්පාදනය සඳහා ඉහළ ව්‍යුහාත්මක ගුණාත්මක භාවයක් සහ සාධාරණ පිරිවැයක් සහිතව ප්‍රසිද්ධ ක්‍රමයකි21,22,23,24,25,26,27. කෙසේ වෙතත්, ග්‍රැෆීන් සහ අතිශය තුනී ග්‍රැෆයිට් පටලවල වර්ධනයට සාපේක්ෂව28, විශාල ප්‍රදේශයක වර්ධනය සහ/හෝ CVD භාවිතයෙන් NGF යෙදීම ඊටත් වඩා අඩුවෙන් ගවේෂණය කර ඇත11,13,29,30,31,32,33.
CVD-වගා කරන ලද ග්‍රැෆීන් සහ මිනිරන් පටල බොහෝ විට ක්‍රියාකාරී උපස්ථර වෙත මාරු කිරීමට අවශ්‍ය වේ34. මෙම තුනී පටල මාරු කිරීම් ප්‍රධාන ක්‍රම දෙකක් ඇතුළත් වේ35: (1) අච්චාරු නොවන මාරු කිරීම36,37 සහ (2) අච්චාරු මත පදනම් වූ තෙත් රසායනික මාරු කිරීම (උපස්ථරයට සහාය වේ)14,34,38. සෑම ක්‍රමයකටම යම් වාසි සහ අවාසි ඇති අතර වෙනත් තැනක විස්තර කර ඇති පරිදි අපේක්ෂිත යෙදුම අනුව තෝරා ගත යුතුය35,39. උත්ප්‍රේරක උපස්ථර මත වගා කරන ලද ග්‍රැෆීන්/මිනිරන් පටල සඳහා, තෙත් රසායනික ක්‍රියාවලීන් හරහා මාරු කිරීම (එයින් පොලිමෙතිල් මෙතක්‍රිලේට් (PMMA) බහුලව භාවිතා වන ආධාරක ස්ථරය වේ) පළමු තේරීම ලෙස පවතී13,30,34,38,40,41,42. ඔබ සහ වෙනත් අය. NGF මාරු කිරීම සඳහා පොලිමර් භාවිතා නොකළ බව සඳහන් කරන ලදී (නියැදි ප්‍රමාණය ආසන්න වශයෙන් 4 cm2)25,43, නමුත් මාරු කිරීමේදී නියැදි ස්ථායිතාව සහ/හෝ හැසිරවීම පිළිබඳ විස්තර සපයා නැත; පොලිමර් භාවිතා කරන තෙත් රසායන විද්‍යා ක්‍රියාවලීන් පියවර කිහිපයකින් සමන්විත වන අතර, පූජා කරන පොලිමර් ස්ථරයක් යෙදීම සහ පසුව ඉවත් කිරීම ඇතුළුව 30,38,40,41,42. මෙම ක්‍රියාවලියට අවාසි ඇත: උදාහරණයක් ලෙස, පොලිමර් අපද්‍රව්‍ය වැඩුණු පටලයේ ගුණාංග වෙනස් කළ හැකිය38. අතිරේක සැකසුම් මගින් අවශේෂ පොලිමර් ඉවත් කළ හැකි නමුත්, මෙම අතිරේක පියවර පටල නිෂ්පාදනයේ පිරිවැය සහ කාලය වැඩි කරයි38,40. CVD වර්ධනය අතරතුර, ග්‍රැෆීන් තට්ටුවක් උත්ප්‍රේරක තීරුවේ ඉදිරිපස පැත්තේ (වාෂ්ප ප්‍රවාහයට මුහුණලා ඇති පැත්ත) පමණක් නොව, එහි පිටුපස පැත්තේ ද තැන්පත් වේ. කෙසේ වෙතත්, දෙවැන්න අපද්‍රව්‍ය නිෂ්පාදනයක් ලෙස සලකනු ලබන අතර මෘදු ප්ලාස්මා මගින් ඉක්මනින් ඉවත් කළ හැකිය38,41. මෙම පටලය ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීමෙන් අස්වැන්න උපරිම කර ගත හැකිය, එය මුහුණත කාබන් පටලයට වඩා අඩු ගුණාත්මක බවකින් යුක්ත වුවද.
මෙහිදී, CVD මගින් බහු ස්ඵටිකරූපී නිකල් තීරු මත ඉහළ ව්‍යුහාත්මක ගුණාත්මක භාවයකින් යුත් NGF හි වේෆර්-පරිමාණ ද්වි-මුහුණත වර්ධනය සකස් කිරීම අපි වාර්තා කරමු. තීරු වල ඉදිරිපස සහ පසුපස මතුපිට රළුබව NGF හි රූප විද්‍යාවට සහ ව්‍යුහයට බලපාන ආකාරය තක්සේරු කරන ලදී. අපි නිකල් තීරු දෙපස සිට බහුකාර්ය උපස්ථර වෙත NGF හි පිරිවැය-ඵලදායී සහ පරිසර හිතකාමී පොලිමර්-නිදහස් මාරු කිරීම පෙන්නුම් කරන අතර ඉදිරිපස සහ පසුපස පටල විවිධ යෙදුම් සඳහා සුදුසු ආකාරය පෙන්වමු.
පහත දැක්වෙන කොටස් ගොඩගැසූ ග්‍රැෆීන් ස්ථර ගණන අනුව විවිධ ග්‍රැෆයිට් පටල ඝණකම සාකච්ඡා කරයි: (i) තනි ස්ථර ග්‍රැෆීන් (SLG, 1 ස්ථරය), (ii) ස්ථර කිහිපයක් ග්‍රැෆීන් (FLG, < 10 ස්ථර), (iii) බහු ස්ථර ග්‍රැෆීන් (MLG, 10-30 ස්ථර) සහ (iv) NGF (~300 ස්ථර). දෙවැන්න වර්ගඵලයේ ප්‍රතිශතයක් ලෙස ප්‍රකාශිත වඩාත් පොදු ඝනකමයි (ආසන්න වශයෙන් 100 µm2 ට 97% ක ප්‍රදේශයක්)30. ඒ නිසා මුළු චිත්‍රපටයම සරලව NGF ලෙස හැඳින්වේ.
ග්‍රැෆීන් සහ ග්‍රැෆයිට් පටල සංස්ලේෂණය සඳහා භාවිතා කරන බහු ස්ඵටිකරූපී නිකල් තීරු, ඒවායේ නිෂ්පාදනය සහ පසුව සැකසීමේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස විවිධ වයනය ඇත. NGF30 හි වර්ධන ක්‍රියාවලිය ප්‍රශස්ත කිරීම සඳහා කරන ලද අධ්‍යයනයක් අපි මෑතකදී වාර්තා කළෙමු. වර්ධන අවධියේදී ඇනීලිං කාලය සහ කුටීර පීඩනය වැනි ක්‍රියාවලි පරාමිතීන් ඒකාකාර ඝනකමකින් යුත් NGF ලබා ගැනීමේදී තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරන බව අපි පෙන්වමු. මෙහිදී, නිකල් තීරු වල ඔප දැමූ ඉදිරිපස (FS) සහ ඔප නොදැමූ පසුපස (BS) මතුපිට NGF වර්ධනය අපි තවදුරටත් විමර්ශනය කළෙමු (රූපය 1a). FS සහ BS සාම්පල වර්ග තුනක් පරීක්ෂා කරන ලද අතර, වගුව 1 හි ලැයිස්තුගත කර ඇත. දෘශ්‍ය පරීක්ෂාවකින් පසු, නිකල් තීරු (NiAG) දෙපස NGF හි ඒකාකාර වර්ධනය තොග Ni උපස්ථරයේ ලාක්ෂණික ලෝහමය රිදී අළු සිට මැට් අළු වර්ණය දක්වා වර්ණ වෙනස් වීමෙන් දැකිය හැකිය (රූපය 1a); අන්වීක්ෂීය මිනුම් තහවුරු කරන ලදී (රූපය 1b, c). දීප්තිමත් කලාපයේ නිරීක්ෂණය කරන ලද සහ රූපය 1b හි රතු, නිල් සහ තැඹිලි ඊතල මගින් දැක්වෙන FS-NGF හි සාමාන්‍ය රාමන් වර්ණාවලියක් රූපය 1c හි දක්වා ඇත. ග්‍රැෆයිට් G (1683 cm−1) සහ 2D (2696 cm−1) වල ලාක්ෂණික රාමන් කඳු මුදුන් ඉතා ස්ඵටිකරූපී NGF හි වර්ධනය තහවුරු කරයි (රූපය 1c, වගුව SI1). චිත්‍රපටය පුරාවටම, තීව්‍රතා අනුපාතය (I2D/IG) ~0.3 සහිත රාමන් වර්ණාවලිවල ප්‍රමුඛතාවයක් නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර, I2D/IG = 0.8 සහිත රාමන් වර්ණාවලි කලාතුරකින් නිරීක්ෂණය විය. සම්පූර්ණ චිත්‍රපටයේ දෝෂ සහිත කඳු මුදුන් (D = 1350 cm-1) නොමැති වීම NGF වර්ධනයේ ඉහළ ගුණාත්මක භාවය පෙන්නුම් කරයි. BS-NGF සාම්පලයෙන් සමාන රාමන් ප්‍රතිඵල ලබා ගන්නා ලදී (රූපය SI1 a සහ b, වගුව SI1).
NiAG FS- සහ BS-NGF සංසන්දනය: (අ) වේෆර් පරිමාණයෙන් (55 cm2) NGF වර්ධනය පෙන්වන සාමාන්‍ය NGF (NiAG) සාම්පලයක ඡායාරූපය සහ එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස BS- සහ FS-Ni තීරු සාම්පල, (ආ) දෘශ්‍ය අන්වීක්ෂයකින් ලබාගත් FS-NGF රූප/ Ni, (ඇ) පැනලයේ විවිධ ස්ථානවල වාර්තා කර ඇති සාමාන්‍ය රාමන් වර්ණාවලීක්ෂය b, (d, f) FS-NGF/Ni මත විවිධ විශාලනයන්හි SEM රූප, (e, g) විවිධ විශාලනයන්හි SEM රූප BS -NGF/Ni සකසන්න. නිල් ඊතලය FLG කලාපය දක්වයි, තැඹිලි ඊතලය MLG කලාපය (FLG කලාපය අසල), රතු ඊතලය NGF කලාපය දක්වයි, සහ මැජෙන්ටා ඊතලය නැමීම දක්වයි.
වර්ධනය ආරම්භක උපස්ථරයේ ඝනකම, ස්ඵටික ප්‍රමාණය, දිශානතිය සහ ධාන්‍ය මායිම් මත රඳා පවතින බැවින්, විශාල ප්‍රදේශ පුරා NGF ඝණකම සාධාරණ ලෙස පාලනය කිරීම අභියෝගයක් ලෙස පවතී20,34,44. මෙම අධ්‍යයනය අප කලින් ප්‍රකාශයට පත් කළ අන්තර්ගතය භාවිතා කළේය30. මෙම ක්‍රියාවලිය 100 µm230 ට 0.1 සිට 3% දක්වා දීප්තිමත් කලාපයක් නිපදවයි. පහත කොටස්වල, අපි කලාප වර්ග දෙකටම ප්‍රතිඵල ඉදිරිපත් කරමු. ඉහළ විශාලන SEM රූප දෙපස දීප්තිමත් ප්‍රතිවිරුද්ධ ප්‍රදේශ කිහිපයක් පවතින බව පෙන්වයි (රූපය 1f,g), FLG සහ MLG කලාප පවතින බව පෙන්නුම් කරයි30,45. මෙය රාමන් විසිරීම (රූපය 1c) සහ TEM ප්‍රතිඵල මගින් ද තහවුරු කරන ලදී (පසුව “FS-NGF: ව්‍යුහය සහ ගුණාංග” යන කොටසේ සාකච්ඡා කර ඇත). FS- සහ BS-NGF/Ni සාම්පලවල නිරීක්ෂණය කරන ලද FLG සහ MLG කලාප (Ni මත වගා කරන ලද ඉදිරිපස සහ පසුපස NGF) පූර්ව ඇනීලිං අතරතුර සාදන ලද විශාල Ni(111) ධාන්‍ය මත වර්ධනය වී තිබිය හැක22,30,45. දෙපැත්තෙන්ම නැමීම් නිරීක්ෂණය විය (රූපය 1b, දම් පැහැති ඊතල වලින් සලකුණු කර ඇත). මිනිරන් සහ නිකල් උපස්ථරය අතර තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකයේ විශාල වෙනස හේතුවෙන් මෙම නැමීම් බොහෝ විට CVD-වැඩුණු ග්‍රැෆීන් සහ ග්‍රැෆයිට් පටලවල දක්නට ලැබේ30,38.
AFM රූපය FS-NGF සාම්පලය BS-NGF සාම්පලයට වඩා පැතලි බව තහවුරු කළේය (රූපය SI1) (රූපය SI2). FS-NGF/Ni (රූපය SI2c) සහ BS-NGF/Ni (රූපය SI2d) හි මූල මධ්‍යන්‍ය වර්ග (RMS) රළුබව අගයන් පිළිවෙලින් 82 සහ 200 nm වේ (20 × 20 μm2 ප්‍රදේශයක් පුරා මනිනු ලැබේ). ලැබුණු තත්වයේ නිකල් (NiAR) තීරුවේ මතුපිට විශ්ලේෂණය මත පදනම්ව ඉහළ රළුබව තේරුම් ගත හැකිය (රූපය SI3). FS සහ BS-NiAR හි SEM රූප රූප SI3a-d හි දක්වා ඇති අතර, විවිධ මතුපිට රූප විද්‍යාවන් පෙන්නුම් කරයි: ඔප දැමූ FS-Ni තීරුවේ නැනෝ- සහ මයික්‍රෝන-ප්‍රමාණයේ ගෝලාකාර අංශු ඇති අතර, ඔප නොදැමූ BS-Ni තීරුව නිෂ්පාදන ඉණිමඟක් ප්‍රදර්ශනය කරයි. ඉහළ ශක්තියක් සහිත අංශු ලෙස. සහ පරිහානිය. ඇනීල් කරන ලද නිකල් තීරු (NiA) හි අඩු සහ ඉහළ විභේදන රූප රූපය SI3e-h හි දක්වා ඇත. මෙම සංඛ්‍යාලේඛනවල, නිකල් තීරුවේ දෙපස මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ නිකල් අංශු කිහිපයක් තිබීම අපට නිරීක්ෂණය කළ හැකිය (රූපය SI3e–h). කලින් වාර්තා කළ පරිදි විශාල ධාන්‍යවලට Ni(111) මතුපිට දිශානතියක් තිබිය හැකිය30,46. FS-NiA සහ BS-NiA අතර නිකල් තීරු රූප විද්‍යාවේ සැලකිය යුතු වෙනස්කම් තිබේ. BS-NGF/Ni හි ඉහළ රළුබව ඇතිවීමට හේතුව BS-NiAR හි ඔප නොදැමූ මතුපිට වන අතර, එහි මතුපිට ඇනීල් කිරීමෙන් පසුව පවා සැලකිය යුතු ලෙස රළු ලෙස පවතී (රූපය SI3). වර්ධන ක්‍රියාවලියට පෙර මෙම ආකාරයේ මතුපිට ලක්ෂණ ග්‍රැෆීන් සහ ග්‍රැෆයිට් පටලවල රළුබව පාලනය කිරීමට ඉඩ සලසයි. ග්‍රැෆීන් වර්ධනයේදී මුල් උපස්ථරය යම් ධාන්‍ය ප්‍රතිසංවිධානයකට භාජනය වූ බව සැලකිල්ලට ගත යුතු අතර, එය ඇනීල් කරන ලද තීරු සහ උත්ප්‍රේරක පටලයට සාපේක්ෂව උපස්ථරයේ මතුපිට රළුබව තරමක් වැඩි කළේය22.
උපස්ථර මතුපිට රළුබව, ඇනීලිං කාලය (ධාන්‍ය ප්‍රමාණය)30,47 සහ මුදා හැරීමේ පාලනය43 සියුම් ලෙස සකස් කිරීම කලාපීය NGF ඝණකම ඒකාකාරිත්වය µm2 සහ/හෝ nm2 පරිමාණයට අඩු කිරීමට උපකාරී වේ (එනම්, නැනෝමීටර කිහිපයක ඝණකම විචලනයන්). උපස්ථරයේ මතුපිට රළුබව පාලනය කිරීම සඳහා, ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන නිකල් තීරුවේ විද්‍යුත් විච්ඡේදක ඔප දැමීම වැනි ක්‍රම සලකා බැලිය හැකිය48. පසුව පෙර ප්‍රතිකාර කරන ලද නිකල් තීරුව අඩු උෂ්ණත්වයකදී (<900 °C)46 සහ විශාල Ni(111) ධාන්‍ය සෑදීම වළක්වා ගැනීම සඳහා කාලය (<5 min) දී ඇනීලි කළ හැක (එය FLG වර්ධනයට ප්‍රයෝජනවත් වේ).
SLG සහ FLG ග්‍රැෆීන් අම්ල සහ ජලයේ මතුපිට ආතතියට ඔරොත්තු නොදෙන අතර, තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රියාවලීන්හිදී යාන්ත්‍රික ආධාරක ස්ථර අවශ්‍ය වේ22,34,38. පොලිමර්-සහාය දක්වන තනි-ස්ථර ග්‍රැෆීන්38 හි තෙත් රසායනික හුවමාරුවට ප්‍රතිවිරුද්ධව, රූපය 2a හි පෙන්වා ඇති පරිදි, වර්ධනය වූ NGF හි දෙපැත්තම පොලිමර් ආධාරකයකින් තොරව මාරු කළ හැකි බව අපට පෙනී ගියේය (වැඩි විස්තර සඳහා රූපය SI4a බලන්න). දී ඇති උපස්ථරයකට NGF මාරු කිරීම ආරම්භ වන්නේ යටින් පවතින Ni30.49 පටලයේ තෙත් කැටයම් කිරීමෙනි. වැඩුණු NGF/Ni/NGF සාම්පල 600 mL ඩයෝනීකරණය කළ (DI) ජලය සමඟ තනුක කර ඇති 70% HNO3 හි 15 mL එක රැයකින් තබා ඇත. Ni තීරු සම්පූර්ණයෙන්ම විසුරුවා හැරීමෙන් පසු, FS-NGF පැතලිව පවතින අතර NGF/Ni/NGF සාම්පලය මෙන් ද්‍රවයේ මතුපිට පාවෙන අතර BS-NGF ජලයේ ගිල්වනු ලැබේ (රූපය 2a,b). ඉන්පසු හුදකලා NGF නැවුම් අයනීකරණය කළ ජලය අඩංගු එක් බීකරයකින් තවත් බීකරයකට මාරු කරන ලද අතර හුදකලා NGF හොඳින් සෝදා, අවතල වීදුරු බඳුන හරහා හතර සිට හය වතාවක් පුනරාවර්තනය විය. අවසාන වශයෙන්, FS-NGF සහ BS-NGF අපේක්ෂිත උපස්ථරය මත තබා ඇත (රූපය 2c).
නිකල් තීරු මත වගා කරන ලද NGF සඳහා පොලිමර්-නිදහස් තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රියාවලිය: (අ) ක්‍රියාවලි ප්‍රවාහ රූප සටහන (වැඩි විස්තර සඳහා රූපය SI4 බලන්න), (ආ) Ni කැටයම් කිරීමෙන් පසු වෙන් කරන ලද NGF හි ඩිජිටල් ඡායාරූපය (සාම්පල 2), (ඇ) උදාහරණය FS – සහ BS-NGF SiO2/Si උපස්ථරයට මාරු කිරීම, (ඈ) FS-NGF පාරාන්ධ පොලිමර් උපස්ථරයට මාරු කිරීම, (ඉ) පැනලය d ලෙස එකම සාම්පලයෙන් BS-NGF (කොටස් දෙකකට බෙදා ඇත), රන් ආලේපිත C කඩදාසි සහ Nafion (නම්‍යශීලී විනිවිද පෙනෙන උපස්ථරය, රතු කොන් වලින් සලකුණු කර ඇති දාර) වෙත මාරු කිරීම.
තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රම භාවිතයෙන් සිදු කරන ලද SLG හුවමාරුව සඳහා පැය 20-24 ක සම්පූර්ණ සැකසුම් කාලයක් අවශ්‍ය බව සලකන්න 38. මෙහි දක්වා ඇති පොලිමර්-නිදහස් හුවමාරු තාක්ෂණය සමඟ (රූපය SI4a), සමස්ත NGF හුවමාරු සැකසුම් කාලය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වේ (ආසන්න වශයෙන් පැය 15). ක්‍රියාවලියට ඇතුළත් වන්නේ: (පියවර 1) කැටයම් ද්‍රාවණයක් සකස් කර නියැදිය එහි තබන්න (~ මිනිත්තු 10), පසුව Ni කැටයම් කිරීම සඳහා එක රැයකින් රැඳී සිටින්න (~ මිනිත්තු 7200), (පියවර 2) ඩියෝනීකරණය කළ ජලයෙන් සේදීම (පියවර - 3). ඩියෝනීකරණය කළ ජලයේ ගබඩා කරන්න හෝ ඉලක්ක උපස්ථරයට මාරු කරන්න (මිනිත්තු 20). NGF සහ තොග අනුකෘතිය අතර සිරවී ඇති ජලය කේශනාලිකා ක්‍රියාවෙන් (බ්ලොටින් කඩදාසි භාවිතයෙන්) ඉවත් කරනු ලැබේ38, පසුව ඉතිරි ජල බිඳිති ස්වාභාවික වියළීම මගින් ඉවත් කරනු ලැබේ (ආසන්න වශයෙන් මිනිත්තු 30), අවසානයේ නියැදිය රික්ත උඳුනක (10–1 mbar) 50–90 °C (මිනිත්තු 60) 38 විනාඩි වියළනු ලැබේ.
ග්‍රැෆයිට් තරමක් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී (≥ 200 °C) 50,51,52 ජලය සහ වාතය පැවතීමට ඔරොත්තු දෙන බව දන්නා කරුණකි. කාමර උෂ්ණත්වයේ දී අයනීකරණය කළ ජලයේ සහ දින කිහිපයක් සිට වසරක් දක්වා ඕනෑම තැනක මුද්‍රා තැබූ බෝතල්වල ගබඩා කිරීමෙන් පසු අපි රාමන් වර්ණාවලීක්ෂය, SEM සහ XRD භාවිතා කරමින් සාම්පල පරීක්ෂා කළෙමු (රූපය SI4). සැලකිය යුතු පිරිහීමක් නොමැත. රූපය 2c අයනීකරණය කළ ජලයේ නිදහස්ව පවතින FS-NGF සහ BS-NGF පෙන්වයි. රූපය 2c හි ආරම්භයේ දැක්වෙන පරිදි, අපි ඒවා SiO2 (300 nm)/Si උපස්ථරයක් මත අල්ලා ගත්තෙමු. අතිරේකව, රූපය 2d,e හි පෙන්වා ඇති පරිදි, අඛණ්ඩ NGF පොලිමර් (Nexolve සහ Nafion වලින් Thermabright polyamide) සහ රන් ආලේපිත කාබන් කඩදාසි වැනි විවිධ උපස්ථර වලට මාරු කළ හැකිය. පාවෙන FS-NGF පහසුවෙන් ඉලක්ක උපස්ථරය මත තබා ඇත (රූපය 2c, d). කෙසේ වෙතත්, 3 cm2 ට වඩා විශාල BS-NGF සාම්පල සම්පූර්ණයෙන්ම ජලයේ ගිල්වන විට හැසිරවීමට අපහසු විය. සාමාන්‍යයෙන්, ඒවා ජලයේ පෙරළීමට පටන් ගන්නා විට, නොසැලකිලිමත් ලෙස හැසිරවීම හේතුවෙන් සමහර විට කොටස් දෙකකට හෝ තුනකට කැඩී යයි (රූපය 2e). සමස්තයක් වශයෙන්, 6 සහ 3 cm2 දක්වා වූ සාම්පල සඳහා පිළිවෙලින් PS- සහ BS-NGF (6 cm2 දී NGF/Ni/NGF වර්ධනයකින් තොරව අඛණ්ඩ බාධාවකින් තොරව මාරු කිරීම) පොලිමර්-නිදහස් මාරු කිරීම අපට ලබා ගැනීමට හැකි විය. ඉතිරි ඕනෑම විශාල හෝ කුඩා කැබලි අපේක්ෂිත උපස්ථරය මත (~1 mm2, රූපය SI4b, "FS-NGF: ව්‍යුහය සහ ගුණාංග (සාකච්ඡා කර ඇත)" යටතේ තඹ ජාලයට මාරු කරන ලද නියැදිය බලන්න) හෝ අනාගත භාවිතය සඳහා ගබඩා කරන්න (රූපය SI4). මෙම නිර්ණායකය මත පදනම්ව, NGF 98-99% දක්වා අස්වැන්නක් (මාරු කිරීම සඳහා වර්ධනයෙන් පසු) ලබා ගත හැකි බව අපි ඇස්තමේන්තු කරමු.
පොලිමර් නොමැතිව මාරු කිරීමේ සාම්පල විස්තරාත්මකව විශ්ලේෂණය කරන ලදී. දෘශ්‍ය අන්වීක්ෂය (OM) සහ SEM රූප (රූපය SI5 සහ රූපය 3) භාවිතයෙන් FS- සහ BS-NGF/SiO2/Si (රූපය 2c) මත ලබාගත් මතුපිට රූප විද්‍යාත්මක ලක්ෂණ පෙන්නුම් කළේ මෙම සාම්පල අන්වීක්ෂයකින් තොරව මාරු කර ඇති බවයි. ඉරිතැලීම්, සිදුරු හෝ දිග හැරුණු ප්‍රදේශ වැනි දෘශ්‍ය ව්‍යුහාත්මක හානි. වැඩෙන NGF මත ඇති නැමීම් (රූපය 3b, d, දම් පැහැති ඊතල මගින් සලකුණු කර ඇත) මාරු කිරීමෙන් පසුව නොවෙනස්ව පැවතුනි. FS- සහ BS-NGF දෙකම FLG කලාප වලින් සමන්විත වේ (රූපය 3 හි නිල් ඊතල මගින් දක්වා ඇති දීප්තිමත් කලාප). පුදුමයට කරුණක් නම්, අතිශය තුනී ග්‍රැෆයිට් පටලවල පොලිමර් මාරු කිරීමේදී සාමාන්‍යයෙන් නිරීක්ෂණය කරන ලද හානියට පත් කලාප කිහිපයට වෙනස්ව, NGF වෙත සම්බන්ධ වන මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ FLG සහ MLG කලාප කිහිපයක් (රූපය 3d හි නිල් ඊතල මගින් සලකුණු කර ඇත) ඉරිතැලීම් හෝ බිඳීම් නොමැතිව මාරු කරන ලදී (රූපය 3d). 3). පසුව සාකච්ඡා කළ පරිදි ("FS-NGF: ව්‍යුහය සහ ගුණාංග") ලේස්-කාබන් තඹ ජාලක වෙත මාරු කරන ලද NGF හි TEM සහ SEM රූප භාවිතයෙන් යාන්ත්‍රික අඛණ්ඩතාව තවදුරටත් තහවුරු කරන ලදී. රූපය SI6a සහ b (20 × 20 μm2) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, මාරු කරන ලද BS-NGF/SiO2/Si පිළිවෙලින් 140 nm සහ 17 nm rms අගයන් සහිත FS-NGF/SiO2/Si ට වඩා රළු වේ. SiO2/Si උපස්ථරයට මාරු කරන ලද NGF හි RMS අගය (RMS < 2 nm) Ni මත වගා කරන ලද NGF ට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස අඩුය (3 ගුණයක් පමණ), අතිරේක රළුබව Ni මතුපිටට අනුරූප විය හැකි බව පෙන්නුම් කරයි. ඊට අමතරව, FS- සහ BS-NGF/SiO2/Si සාම්පලවල දාරවල සිදු කරන ලද AFM රූප පිළිවෙලින් 100 සහ 80 nm NGF ඝණකම පෙන්නුම් කළේය (රූපය SI7). BS-NGF හි කුඩා ඝණකම මතුපිට පූර්වගාමී වායුවට සෘජුවම නිරාවරණය නොවීමේ ප්‍රතිඵලයක් විය හැකිය.
SiO2/Si වේෆරයේ පොලිමර් නොමැතිව මාරු කරන ලද NGF (NiAG) (රූපය 2c බලන්න): (a,b) මාරු කරන ලද FS-NGF හි SEM රූප: අඩු සහ ඉහළ විශාලනය (පැනලයේ තැඹිලි චතුරස්‍රයට අනුරූප වේ). සාමාන්‍ය ප්‍රදේශ) - a). (c,d) මාරු කරන ලද BS-NGF හි SEM රූප: අඩු සහ ඉහළ විශාලනය (පැනලයේ තැඹිලි චතුරස්‍රය මඟින් පෙන්වන සාමාන්‍ය ප්‍රදේශයට අනුරූප වේ). (e, f) මාරු කරන ලද FS- සහ BS-NGF වල AFM රූප. නිල් ඊතලය FLG කලාපය නියෝජනය කරයි - දීප්තිමත් වෙනස, සයන් ඊතලය - කළු MLG වෙනස, රතු ඊතලය - කළු වෙනස NGF කලාපය නියෝජනය කරයි, මැජෙන්ටා ඊතලය නැමීම නියෝජනය කරයි.
වැඩුණු සහ මාරු කරන ලද FS- සහ BS-NGF වල රසායනික සංයුතිය X-කිරණ ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂය (XPS) මගින් විශ්ලේෂණය කරන ලදී (රූපය 4). වැඩුණු FS- සහ BS-NGF වල (NiAG) Ni උපස්ථරයට (850 eV) අනුරූප වන මනින ලද වර්ණාවලියේ (රූපය 4a, b) දුර්වල උච්චයක් නිරීක්ෂණය කරන ලදී. මාරු කරන ලද FS- සහ BS-NGF/SiO2/Si හි මනින ලද වර්ණාවලියේ උච්චයන් නොමැත (රූපය 4c; BS-NGF/SiO2/Si සඳහා සමාන ප්‍රතිඵල පෙන්වා නැත), මාරු කිරීමෙන් පසු අවශේෂ Ni දූෂණයක් නොමැති බව පෙන්නුම් කරයි. 4d-f රූප මගින් FS-NGF/SiO2/Si හි C 1 s, O 1 s සහ Si 2p ශක්ති මට්ටම්වල අධි-විභේදන වර්ණාවලිය පෙන්වයි. ග්‍රැෆයිට් වල C 1 s හි බන්ධන ශක්තිය 284.4 eV53.54 වේ. ග්‍රැෆයිට් කඳු මුදුන්වල රේඛීය හැඩය සාමාන්‍යයෙන් අසමමිතික ලෙස සැලකේ, රූපය 4d54 හි පෙන්වා ඇති පරිදි. ඉහළ-විභේදන මධ්‍ය මට්ටමේ C 1 s වර්ණාවලිය (රූපය 4d) ද පෙර අධ්‍යයනයන්ට අනුකූල වන පිරිසිදු හුවමාරුව (එනම්, පොලිමර් අපද්‍රව්‍ය නොමැත) තහවුරු කළේය38. නැවුම්ව වගා කරන ලද සාම්පලයේ (NiAG) සහ මාරු කිරීමෙන් පසු C 1 s වර්ණාවලියේ රේඛා පළල පිළිවෙලින් 0.55 සහ 0.62 eV වේ. මෙම අගයන් SLG (SiO2 උපස්ථරයක් මත SLG සඳහා 0.49 eV)38 ට වඩා වැඩිය. කෙසේ වෙතත්, මෙම අගයන් ඉහළ නැඹුරු පයිරොලයිටික් ග්‍රැෆීන් සාම්පල (~0.75 eV)53,54,55 සඳහා කලින් වාර්තා කරන ලද රේඛා පළලට වඩා කුඩා වන අතර, එය වත්මන් ද්‍රව්‍යයේ දෝෂ සහිත කාබන් අඩවි නොමැති බව පෙන්නුම් කරයි. C 1 s සහ O 1 s බිම් මට්ටමේ වර්ණාවලියට උරහිස් නොමැති අතර, ඉහළ-විභේදන උච්ච විසංයෝජනය සඳහා අවශ්‍යතාවය ඉවත් කරයි54. 291.1 eV පමණ π → π* චන්ද්‍රිකා උච්චයක් ඇති අතර එය බොහෝ විට ග්‍රැෆයිට් සාම්පලවල නිරීක්ෂණය කෙරේ. Si 2p සහ O 1s මූලික මට්ටමේ වර්ණාවලියේ 103 eV සහ 532.5 eV සංඥා (රූපය 4e, f බලන්න) පිළිවෙලින් SiO2 56 උපස්ථරයට ආරෝපණය කර ඇත. XPS යනු මතුපිට සංවේදී තාක්‍ෂණයකි, එබැවින් NGF මාරු කිරීමට පෙර සහ පසු අනාවරණය කරගත් Ni සහ SiO2 වලට අනුරූප සංඥා FLG කලාපයෙන් ආරම්භ වන බව උපකල්පනය කෙරේ. මාරු කරන ලද BS-NGF සාම්පල සඳහා සමාන ප්‍රතිඵල නිරීක්ෂණය කරන ලදී (පෙන්වා නැත).
NiAG XPS ප්‍රතිඵල: (ac) පිළිවෙලින් වැඩුණු FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni සහ මාරු කරන ලද FS-NGF/SiO2/Si වල විවිධ මූලද්‍රව්‍ය පරමාණුක සංයුතිවල සමීක්ෂණ වර්ණාවලි. (d–f) FS-NGF/SiO2/Si සාම්පලයේ C 1 s, O 1s සහ Si 2p යන මධ්‍ය මට්ටම්වල අධි-විභේදන වර්ණාවලි.
මාරු කරන ලද NGF ස්ඵටිකවල සමස්ත ගුණාත්මකභාවය X-කිරණ විවර්තනය (XRD) භාවිතයෙන් තක්සේරු කරන ලදී. මාරු කරන ලද FS- සහ BS-NGF/SiO2/Si හි සාමාන්‍ය XRD රටා (රූපය SI8) 26.6° සහ 54.7° හි විවර්තන උච්ච (0 0 0 2) සහ (0 0 0 4) ග්‍රැෆයිට් වලට සමානව පවතින බව පෙන්නුම් කරයි. මෙය NGF හි ඉහළ ස්ඵටික ගුණය තහවුරු කරන අතර මාරු කිරීමේ පියවරෙන් පසුව පවත්වා ගෙන යනු ලබන d = 0.335 nm අන්තර් ස්ථර දුරකට අනුරූප වේ. විවර්තන උච්චයේ (0 0 0 2) තීව්‍රතාවය විවර්තන උච්චයේ (0 0 0 4) තීව්‍රතාවය ආසන්න වශයෙන් 30 ගුණයක් වන අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ NGF ස්ඵටික තලය නියැදි මතුපිට සමඟ හොඳින් පෙළගැසී ඇති බවයි.
SEM, රාමන් වර්ණාවලීක්ෂය, XPS සහ XRD වල ප්‍රතිඵල අනුව, BS-NGF/Ni වල ගුණාත්මකභාවය FS-NGF/Ni වල ගුණාත්මකභාවයට සමාන බව සොයා ගන්නා ලදී, නමුත් එහි rms රළුබව තරමක් වැඩි විය (රූප SI2, SI5) සහ SI7).
200 nm දක්වා ඝනකමකින් යුත් පොලිමර් ආධාරක ස්ථර සහිත SLG වලට ජලය මත පාවිය හැක. මෙම සැකසුම බහුලව භාවිතා වන්නේ පොලිමර් ආධාරයෙන් තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රියාවලීන්හිදීය22,38. ග්‍රැෆීන් සහ ග්‍රැෆයිට් ජලභීතික (තෙත් කෝණය 80–90°) 57. ග්‍රැෆීන් සහ FLG යන දෙකෙහිම විභව ශක්ති පෘෂ්ඨ තරමක් පැතලි බව වාර්තා වී ඇති අතර, මතුපිට ජලයේ පාර්ශ්වීය චලනය සඳහා අඩු විභව ශක්තියක් (~1 kJ/mol) ඇත58. කෙසේ වෙතත්, ග්‍රැෆීන් සහ ග්‍රැෆීන් ස්ථර තුනක් සමඟ ජලයේ ගණනය කරන ලද අන්තර්ක්‍රියා ශක්තීන් පිළිවෙලින් − 13 සහ − 15 kJ/mol,58 වේ, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ NGF සමඟ ජලයේ අන්තර්ක්‍රියාව (ස්ථර 300 ක් පමණ) ග්‍රැෆීන් හා සසඳන විට අඩු බවයි. නිදහස්ව සිටින NGF ජල මතුපිට පැතලිව පැවතීමට මෙය එක් හේතුවක් විය හැකි අතර, නිදහස්ව සිටින ග්‍රැෆීන් (ජලයේ පාවෙන) ගුලි වී කැඩී යයි. NGF සම්පූර්ණයෙන්ම ජලයේ ගිල්වන විට (රළු සහ පැතලි NGF සඳහා ප්‍රතිඵල සමාන වේ), එහි දාර නැමෙයි (රූපය SI4). සම්පූර්ණ ගිල්වීමේදී, NGF-ජල අන්තර්ක්‍රියා ශක්තිය දෙගුණයක් පමණ වන බව අපේක්ෂා කෙරේ (පාවෙන NGF හා සසඳන විට) සහ ඉහළ සම්බන්ධතා කෝණයක් (ජලභීතිකාව) පවත්වා ගැනීම සඳහා NGF හි දාර නැමෙනු ඇත. කාවැද්දූ NGF වල දාර රැලි වීම වැළැක්වීම සඳහා උපාය මාර්ග සංවර්ධනය කළ හැකි බව අපි විශ්වාස කරමු. ග්‍රැෆයිට් පටලයේ තෙත් කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාව මොඩියුලේට් කිරීම සඳහා මිශ්‍ර ද්‍රාවක භාවිතා කිරීම එක් ප්‍රවේශයකි59.
තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රියාවලීන් හරහා SLG විවිධ වර්ගයේ උපස්ථර වලට මාරු කිරීම කලින් වාර්තා කර ඇත. ග්‍රැෆීන්/ග්‍රැෆයිට් පටල සහ උපස්ථර අතර දුර්වල වැන් ඩර් වෝල්ස් බලවේග පවතින බව සාමාන්‍යයෙන් පිළිගැනේ (එය SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si කුළුණු22 සහ ලේස් කාබන් පටල30, 34 වැනි දෘඩ උපස්ථර හෝ පොලිමයිඩ් 37 වැනි නම්‍යශීලී උපස්ථර වේවා). මෙහිදී අපි උපකල්පනය කරන්නේ එකම වර්ගයේ අන්තර්ක්‍රියා ප්‍රමුඛ වන බවයි. යාන්ත්‍රික හැසිරවීමේදී (රික්තය සහ/හෝ වායුගෝලීය තත්වයන් යටතේ හෝ ගබඩා කිරීමේදී ගුනාංගීකරනය කිරීමේදී) මෙහි ඉදිරිපත් කර ඇති කිසිදු උපස්ථරයක් සඳහා NGF හි කිසිදු හානියක් හෝ පීල් කිරීමක් අපි නිරීක්ෂණය කළේ නැත (උදා: රූපය 2, SI7 සහ SI9). ඊට අමතරව, NGF/SiO2/Si සාම්පලයේ මූලික මට්ටමේ XPS C 1s වර්ණාවලියේ SiC උච්චයක් අපි නිරීක්ෂණය කළේ නැත (රූපය 4). මෙම ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ NGF සහ ඉලක්ක උපස්ථරය අතර රසායනික බන්ධනයක් නොමැති බවයි.
"FS- සහ BS-NGF පොලිමර්-නිදහස් හුවමාරුව" යන පෙර කොටසේදී, NGF හට නිකල් තීරු දෙපසම වර්ධනය වී මාරු කළ හැකි බව අපි පෙන්නුම් කළෙමු. මෙම FS-NGF සහ BS-NGF මතුපිට රළුබව අනුව සමාන නොවන අතර, එමඟින් එක් එක් වර්ගය සඳහා වඩාත් සුදුසු යෙදුම් ගවේෂණය කිරීමට අපව පොළඹවන ලදී.
FS-NGF හි විනිවිදභාවය සහ සුමට මතුපිට සලකා බැලීමේදී, අපි එහි දේශීය ව්‍යුහය, දෘශ්‍ය සහ විද්‍යුත් ගුණාංග වඩාත් විස්තරාත්මකව අධ්‍යයනය කළෙමු. පොලිමර් හුවමාරුවකින් තොරව FS-NGF හි ව්‍යුහය සහ ව්‍යුහය සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (TEM) රූපකරණය සහ තෝරාගත් ප්‍රදේශ ඉලෙක්ට්‍රෝන විවර්තනය (SAED) රටා විශ්ලේෂණය මගින් සංලක්ෂිත විය. අනුරූප ප්‍රතිඵල රූපය 5 හි දක්වා ඇත. අඩු විශාලන තලය TEM රූපකරණය මඟින් විවිධ ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රතිවිරුද්ධ ලක්ෂණ සහිත NGF සහ FLG කලාප තිබීම අනාවරණය විය, එනම් පිළිවෙලින් අඳුරු සහ දීප්තිමත් ප්‍රදේශ (රූපය 5a). සමස්තයක් ලෙස චිත්‍රපටය NGF සහ FLG හි විවිධ කලාප අතර හොඳ යාන්ත්‍රික අඛණ්ඩතාව සහ ස්ථාවරත්වය පෙන්නුම් කරයි, හොඳ අතිච්ඡාදනය සහ හානියක් හෝ ඉරීමක් නොමැති අතර, එය SEM (රූපය 3) සහ ඉහළ විශාලන TEM අධ්‍යයනයන් (රූපය 5c-e) මගින් ද තහවුරු කරන ලදී. විශේෂයෙන්, රූපයේ. රූපය 5d හි පාලම් ව්‍යුහය එහි විශාලතම කොටසෙහි පෙන්වයි (රූපය 5d හි කළු තිත් ඊතලයෙන් සලකුණු කර ඇති ස්ථානය), එය ත්‍රිකෝණාකාර හැඩයකින් සංලක්ෂිත වන අතර පළල 51 ක් පමණ වන ග්‍රැෆීන් ස්ථරයකින් සමන්විත වේ. 0.33 ± 0.01 nm අන්තර් තල පරතරයක් සහිත සංයුතිය පටුම කලාපයේ ග්‍රැෆීන් ස්ථර කිහිපයකට තවදුරටත් අඩු වේ (රූපය 5 d හි ඝන කළු ඊතලයේ අවසානය).
කාබන් ලේස් තඹ ජාලයක පොලිමර්-නිදහස් NiAG සාම්පලයක තලීය TEM රූපය: (a, b) NGF සහ FLG කලාප ඇතුළුව අඩු විශාලන TEM රූප, (ce) පැනලය-a සහ පැනලය-b හි විවිධ කලාපවල ඉහළ විශාලන රූප එකම වර්ණයෙන් සලකුණු කරන ලද ඊතල වේ. පැනල a සහ c හි කොළ පැහැති ඊතල කදම්භ පෙළගැස්මේදී හානි වූ වෘත්තාකාර ප්‍රදේශ දක්වයි. (f–i) පැනල a සිට c දක්වා, විවිධ කලාපවල SAED රටා පිළිවෙලින් නිල්, සයන්, තැඹිලි සහ රතු කව මගින් දැක්වේ.
රූපය 5c හි රිබන් ව්‍යුහය (රතු ඊතලයකින් සලකුණු කර ඇත) ග්‍රැෆයිට් දැලිස් තලවල සිරස් දිශානතිය පෙන්වයි, එය අතිරික්ත වන්දි නොලබන කැපුම් ආතතිය හේතුවෙන් පටලය දිගේ නැනෝ ගුණ සෑදීම නිසා විය හැකිය (රූපය 5c හි ඇතුළත් කර ඇත). අධි-විභේදන TEM යටතේ, මෙම නැනෝ ගුණ 30 NGF කලාපයේ ඉතිරි කොටසට වඩා වෙනස් ස්ඵටික විද්‍යාත්මක දිශානතියක් පෙන්නුම් කරයි; ග්‍රැෆයිට් දැලිස් වල පාදක තල චිත්‍රපටයේ ඉතිරි කොටස මෙන් තිරස් අතට නොව සිරස් අතට නැඹුරු වේ (රූපය 5c හි ඇතුළත් කර ඇත). ඒ හා සමානව, FLG කලාපය ඉඳහිට රේඛීය සහ පටු පටි වැනි නැමීම් (නිල් ඊතල මගින් සලකුණු කර ඇත) ප්‍රදර්ශනය කරයි, ඒවා පිළිවෙලින් රූප 5b, 5e හි අඩු සහ මධ්‍යම විශාලනයකින් දිස් වේ. රූපය 5e හි ඇතුළත් කිරීම FLG අංශයේ ද්වි-ස්ථර සහ තුන-ස්ථර ග්‍රැෆීන් ස්ථර පවතින බව තහවුරු කරයි (අන්තර් තල දුර 0.33 ± 0.01 nm), එය අපගේ පෙර ප්‍රතිඵල සමඟ හොඳ එකඟතාවයකි30. මීට අමතරව, ලේස් කාබන් පටල සහිත තඹ ජාලක වෙත මාරු කරන ලද පොලිමර්-නිදහස් NGF හි පටිගත කරන ලද SEM රූප (ඉහළ-දර්ශන TEM මිනුම් සිදු කිරීමෙන් පසු) රූපය SI9 හි දක්වා ඇත. හොඳින් අත්හිටුවන ලද FLG කලාපය (නිල් ඊතලයෙන් සලකුණු කර ඇත) සහ රූපය SI9f හි කැඩුණු කලාපය. FLG කලාපයට පොලිමර් නොමැතිව මාරු කිරීමේ ක්‍රියාවලියට ප්‍රතිරෝධය දැක්විය හැකි බව පෙන්වීමට නිල් ඊතලය (මාරු කරන ලද NGF හි කෙළවරේ) හිතාමතාම ඉදිරිපත් කර ඇත. සාරාංශයක් ලෙස, TEM සහ SEM මිනුම් අතරතුර දැඩි ලෙස හැසිරවීමෙන් සහ ඉහළ රික්තයකට නිරාවරණය වීමෙන් පසුව පවා අර්ධ වශයෙන් අත්හිටුවන ලද NGF (FLG කලාපය ඇතුළුව) යාන්ත්‍රික අඛණ්ඩතාව පවත්වා ගන්නා බව මෙම රූප සනාථ කරයි (රූපය SI9).
NGF හි විශිෂ්ට සමතලා බව නිසා (රූපය 5a බලන්න), SAED ව්‍යුහය විශ්ලේෂණය කිරීම සඳහා [0001] වසම් අක්ෂය දිගේ පෙති දිශානතියට පත් කිරීම අපහසු නැත. පටලයේ දේශීය ඝණකම සහ එහි පිහිටීම අනුව, ඉලෙක්ට්‍රෝන විවර්තන අධ්‍යයනයන් සඳහා උනන්දුවක් දක්වන කලාප කිහිපයක් (ලකුණු 12) හඳුනා ගන්නා ලදී. රූප 5a-c හි, මෙම සාමාන්‍ය කලාප හතරක් පෙන්වා ඇති අතර වර්ණවත් කව වලින් සලකුණු කර ඇත (නිල්, සයන්, තැඹිලි සහ රතු කේතනය කර ඇත). SAED මාදිලිය සඳහා රූප 2 සහ 3. රූප 5f සහ g රූප 5 සහ 5 හි පෙන්වා ඇති FLG කලාපයෙන් ලබා ගන්නා ලදී. පිළිවෙලින් රූප 5b සහ c හි පෙන්වා ඇති පරිදි. ඒවාට ඇඹරුණු ග්‍රැෆීන් 63 ට සමාන ෂඩාස්‍රාකාර ව්‍යුහයක් ඇත. විශේෂයෙන්, රූපය 5f [0001] කලාප අක්ෂයේ එකම දිශානතිය සහිත අධිස්ථාපනය කරන ලද රටා තුනක් පෙන්වයි, එය (10-10) පරාවර්තන යුගල තුනේ කෝණික නොගැලපීම මගින් පෙන්නුම් කරන පරිදි 10° සහ 20° කින් භ්‍රමණය වේ. ඒ හා සමානව, රූපය 5g හි 20° කින් භ්‍රමණය වන අධිස්ථාපනය කරන ලද ෂඩාස්‍රාකාර රටා දෙකක් පෙන්වයි. FLG කලාපයේ ෂඩාස්‍රාකාර රටා කාණ්ඩ දෙකක් හෝ තුනක් එකිනෙකට සාපේක්ෂව භ්‍රමණය වන තලය තුළ හෝ තලයෙන් පිටත ග්‍රැෆීන් ස්ථර 33 කින් පැන නැගිය හැකිය. ඊට වෙනස්ව, රූපය 5h,i හි ඉලෙක්ට්‍රෝන විවර්තන රටා (රූපය 5a හි දැක්වෙන NGF කලාපයට අනුරූප වේ) සමස්ත ඉහළ ලක්ෂ්‍ය විවර්තන තීව්‍රතාවයක් සහිත තනි [0001] රටාවක් පෙන්වයි, එය වැඩි ද්‍රව්‍ය ඝනකමකට අනුරූප වේ. මෙම SAED ආකෘති FLG ට වඩා ඝන ග්‍රැෆිටික් ව්‍යුහයකට සහ අතරමැදි දිශානතියකට අනුරූප වේ, දර්ශකය 64 න් අනුමාන කර ඇත. NGF හි ස්ඵටිකරූපී ගුණාංගවල ලක්ෂණ මගින් අධිස්ථාපනය කරන ලද ග්‍රැෆයිට් (හෝ ග්‍රැෆීන්) ස්ඵටික දෙකක් හෝ තුනක සහජීවනය හෙළි විය. FLG කලාපයේ විශේෂයෙන් සැලකිය යුතු දෙය නම් ස්ඵටිකවල යම් මට්ටමක තලය තුළ හෝ තලයෙන් පිටත වැරදි දිශානතියක් තිබීමයි. Ni 64 පටල මත වගා කරන ලද NGF සඳහා 17°, 22° සහ 25° තල-තුළ භ්‍රමණ කෝණ සහිත ග්‍රැෆයිට් අංශු/ස්ථර මීට පෙර වාර්තා වී ඇත. මෙම අධ්‍යයනයේ නිරීක්ෂණය කරන ලද භ්‍රමණ කෝණ අගයන් විකෘති BLG63 ග්‍රැෆීන් සඳහා කලින් නිරීක්ෂණය කරන ලද භ්‍රමණ කෝණ (±1°) සමඟ අනුකූල වේ.
NGF/SiO2/Si හි විද්‍යුත් ගුණාංග 10×3 mm2 ප්‍රදේශයක් පුරා 300 K හිදී මනිනු ලැබීය. ඉලෙක්ට්‍රෝන වාහක සාන්ද්‍රණය, සංචලනය සහ සන්නායකතාවයේ අගයන් පිළිවෙලින් 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 සහ 2000 S-cm-1 වේ. අපගේ NGF හි සංචලනය සහ සන්නායකතා අගයන් ස්වාභාවික ග්‍රැෆයිට් වලට සමාන වන අතර වාණිජමය වශයෙන් ලබා ගත හැකි ඉහළ නැඹුරු පයිරොලිටික් ග්‍රැෆයිට් (3000 °C දී නිපදවන ලදී)29 ට වඩා වැඩිය. නිරීක්ෂණය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන වාහක සාන්ද්‍රණ අගයන් මෑතකදී වාර්තා කරන ලද (7.25 × 10 cm-3) ට වඩා ඉහළ අගයක් ගනී. ඉහළ උෂ්ණත්ව (3200 °C) පොලිමයිඩ් තහඩු භාවිතයෙන් සකස් කරන ලද මයික්‍රෝන-ඝන ග්‍රැෆයිට් පටල සඳහා 20 .
ක්වාර්ට්ස් උපස්ථර වලට මාරු කරන ලද FS-NGF මත UV-දෘශ්‍ය සම්ප්‍රේෂණ මිනුම් ද අපි සිදු කළෙමු (රූපය 6). ප්‍රතිඵලයක් ලෙස වර්ණාවලිය 350–800 nm පරාසයේ 62% ක ආසන්න නියත සම්ප්‍රේෂණයක් පෙන්නුම් කරයි, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ NGF දෘශ්‍ය ආලෝකයට පාරභාසක බවයි. ඇත්ත වශයෙන්ම, "KAUST" යන නම රූපය 6b හි සාම්පලයේ ඩිජිටල් ඡායාරූපයෙහි දැකිය හැකිය. NGF හි නැනෝ ස්ඵටික ව්‍යුහය SLG ට වඩා වෙනස් වුවද, අතිරේක ස්ථරයකට 2.3% සම්ප්‍රේෂණ අලාභයේ රීතිය භාවිතා කරමින් ස්ථර ගණන දළ වශයෙන් ඇස්තමේන්තු කළ හැකිය65. මෙම සම්බන්ධතාවයට අනුව, 38% සම්ප්‍රේෂණ අලාභයක් සහිත ග්‍රැෆීන් ස්ථර ගණන 21 කි. වැඩුණු NGF ප්‍රධාන වශයෙන් ග්‍රැෆීන් ස්ථර 300 කින් සමන්විත වේ, එනම් 100 nm පමණ ඝනකම (රූපය 1, SI5 සහ SI7). එබැවින්, නිරීක්ෂණය කරන ලද දෘශ්‍ය විනිවිදභාවය FLG සහ MLG කලාපවලට අනුරූප වන බව අපි උපකල්පනය කරමු, මන්ද ඒවා චිත්‍රපටය පුරා බෙදා හරිනු ලැබේ (රූපය 1, 3, 5 සහ 6c). ඉහත ව්‍යුහාත්මක දත්ත වලට අමතරව, සන්නායකතාවය සහ විනිවිදභාවය ද මාරු කරන ලද NGF හි ඉහළ ස්ඵටිකමය ගුණාත්මකභාවය තහවුරු කරයි.
(අ) UV-දෘශ්‍ය සම්ප්‍රේෂණ මිනුම, (ආ) නියෝජිත සාම්පලයක් භාවිතා කරමින් ක්වාර්ට්ස් මත සාමාන්‍ය NGF හුවමාරුව. (ඇ) නියැදිය පුරා ඒකාකාරව බෙදා හරින ලද FLG සහ MLG කලාප සහිත NGF (අඳුරු පෙට්ටිය) හි ක්‍රමානුරූප සටහන අළු අහඹු හැඩතල ලෙස සලකුණු කර ඇත (රූපය 1 බලන්න) (ආසන්න වශයෙන් 100 μm2 ට 0.1–3% ප්‍රදේශය). රූප සටහනේ ඇති අහඹු හැඩතල සහ ඒවායේ ප්‍රමාණයන් නිදර්ශන අරමුණු සඳහා පමණක් වන අතර සැබෑ ප්‍රදේශවලට අනුරූප නොවේ.
CVD මගින් වගා කරන ලද පාරභාසක NGF මීට පෙර හිස් සිලිකන් මතුපිටට මාරු කර සූර්ය කෝෂ වල භාවිතා කර ඇත15,16. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස බල පරිවර්තන කාර්යක්ෂමතාව (PCE) 1.5% කි. මෙම NGFs ක්‍රියාකාරී සංයෝග ස්ථර, ආරෝපණ ප්‍රවාහන මාර්ග සහ විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ වැනි බහු කාර්යයන් ඉටු කරයි15,16. කෙසේ වෙතත්, ග්‍රැෆයිට් පටලය ඒකාකාරී නොවේ. සූර්ය කෝෂයේ PCE අගය තීරණය කිරීමේදී මෙම ගුණාංග දෙක වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරන බැවින්, ග්‍රැෆයිට් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ පත්‍ර ප්‍රතිරෝධය සහ දෘශ්‍ය සම්ප්‍රේෂණය ප්‍රවේශමෙන් පාලනය කිරීමෙන් තවදුරටත් ප්‍රශස්තිකරණය අවශ්‍ය වේ15,16. සාමාන්‍යයෙන්, ග්‍රැෆීන් පටල දෘශ්‍ය ආලෝකයට 97.7% විනිවිද පෙනෙන නමුත් 200–3000 ohms/sq.16 ක පත්‍ර ප්‍රතිරෝධයක් ඇත. ග්‍රැෆීන් පටලවල මතුපිට ප්‍රතිරෝධය ස්ථර ගණන වැඩි කිරීමෙන් (ග්‍රැෆීන් ස්ථර බහු මාරු කිරීම) සහ HNO3 (~30 Ohm/sq.)66 සමඟ මාත්‍රණය කිරීමෙන් අඩු කළ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, මෙම ක්‍රියාවලියට බොහෝ කාලයක් ගත වන අතර විවිධ හුවමාරු ස්ථර සෑම විටම හොඳ සම්බන්ධතා පවත්වා නොගනී. අපගේ ඉදිරිපස පැත්තේ NGF හි සන්නායකතාවය 2000 S/cm, පටල පත්‍ර ප්‍රතිරෝධය 50 ohm/sq සහ 62% විනිවිදභාවය වැනි ගුණාංග ඇති අතර, එය සූර්ය කෝෂවල සන්නායක නාලිකා හෝ කවුන්ටර ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සඳහා ශක්‍ය විකල්පයක් බවට පත් කරයි15,16.
BS-NGF හි ව්‍යුහය සහ මතුපිට රසායන විද්‍යාව FS-NGF හා සමාන වුවද, එහි රළුබව වෙනස් වේ (“FS- සහ BS-NGF වර්ධනය”). මීට පෙර, අපි වායු සංවේදකයක් ලෙස අතිශය තුනී පටල ග්‍රැෆයිට්22 භාවිතා කළෙමු. එබැවින්, වායු සංවේදක කාර්යයන් සඳහා BS-NGF භාවිතා කිරීමේ ශක්‍යතාව අපි පරීක්ෂා කළෙමු (රූපය SI10). පළමුව, BS-NGF හි mm2 ප්‍රමාණයේ කොටස් අන්තර් සංඛ්‍යාංක ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සංවේදක චිපයට මාරු කරන ලදී (රූපය SI10a-c). චිපයේ නිෂ්පාදන විස්තර කලින් වාර්තා කරන ලදී; එහි ක්‍රියාකාරී සංවේදී ප්‍රදේශය 9 mm267 වේ. SEM රූපවල (රූපය SI10b සහ c), යටින් පවතින රන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩය NGF හරහා පැහැදිලිව දැකගත හැකිය. නැවතත්, සියලුම සාම්පල සඳහා ඒකාකාර චිප් ආවරණයක් ලබා ගත් බව දැකිය හැකිය. විවිධ වායූන්ගේ වායු සංවේදක මිනුම් සටහන් කරන ලදී (රූපය SI10d) (රූපය SI11) සහ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ප්‍රතිචාර අනුපාත රූප SI10g හි දක්වා ඇත. SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) සහ NH3 (200 ppm) ඇතුළු අනෙකුත් බාධාකාරී වායූන් සමඟ විය හැකිය. එක් විය හැකි හේතුවක් වන්නේ NO2 ය. වායුවේ විද්‍යුත් ප්‍රිය ස්වභාවය22,68. ග්‍රැෆීන් මතුපිට අවශෝෂණය කළ විට, එය පද්ධතිය මගින් ඉලෙක්ට්‍රෝන ධාරාව අවශෝෂණය අඩු කරයි. BS-NGF සංවේදකයේ ප්‍රතිචාර කාල දත්ත කලින් ප්‍රකාශිත සංවේදක සමඟ සංසන්දනය කිරීම වගුව SI2 හි ඉදිරිපත් කර ඇත. නිරාවරණය වූ සාම්පලවල UV ප්ලාස්මා, O3 ප්ලාස්මා හෝ තාප (50–150°C) ප්‍රතිකාරය භාවිතයෙන් NGF සංවේදක නැවත සක්‍රිය කිරීමේ යාන්ත්‍රණය අඛණ්ඩව සිදුවෙමින් පවතින අතර, එම්බෙඩඩ් පද්ධති ක්‍රියාත්මක කිරීම මගින් ඉතා මැනවින් අනුගමනය කෙරේ69.
CVD ක්‍රියාවලිය අතරතුර, උත්ප්‍රේරක උපස්ථරයේ දෙපසම ග්‍රැෆීන් වර්ධනය සිදු වේ41. කෙසේ වෙතත්, BS-ග්‍රැෆීන් සාමාන්‍යයෙන් මාරු කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී පිට කරනු ලැබේ41. මෙම අධ්‍යයනයේ දී, උත්ප්‍රේරක ආධාරකයේ දෙපසම උසස් තත්ත්වයේ NGF වර්ධනයක් සහ පොලිමර්-නිදහස් NGF හුවමාරුවක් ලබා ගත හැකි බව අපි පෙන්නුම් කරමු. BS-NGF FS-NGF (~100 nm) ට වඩා තුනී (~80 nm) වන අතර, මෙම වෙනස පැහැදිලි කරනු ලබන්නේ BS-Ni පූර්වගාමී වායු ප්‍රවාහයට සෘජුවම නිරාවරණය නොවන බැවිනි. NiAR උපස්ථරයේ රළුබව NGF හි රළුබවට බලපාන බව ද අපි සොයා ගත්තෙමු. මෙම ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ වැඩුණු තල FS-NGF ග්‍රැෆීන් සඳහා පූර්වගාමී ද්‍රව්‍යයක් ලෙස (exfoliation ක්‍රමය මගින්70) හෝ සූර්ය කෝෂවල සන්නායක නාලිකාවක් ලෙස15,16 භාවිතා කළ හැකි බවයි. ඊට වෙනස්ව, BS-NGF වායු හඳුනාගැනීම සඳහා භාවිතා කරනු ඇත (රූපය SI9) සහ සමහර විට එහි මතුපිට රළුබව ප්‍රයෝජනවත් වන බලශක්ති ගබඩා පද්ධති71,72 සඳහා භාවිතා කරනු ඇත.
ඉහත කරුණු සලකා බැලීමේදී, CVD මගින් වගා කරන ලද සහ නිකල් තීරු භාවිතා කරන ලද කලින් ප්‍රකාශයට පත් කරන ලද ග්‍රැෆයිට් පටල සමඟ වත්මන් කාර්යය ඒකාබද්ධ කිරීම ප්‍රයෝජනවත් වේ. වගුව 2 හි දැකිය හැකි පරිදි, අප භාවිතා කළ ඉහළ පීඩන සාපේක්ෂව අඩු උෂ්ණත්වවලදී (850–1300 °C පරාසයේ) පවා ප්‍රතික්‍රියා කාලය (වර්ධන අවධිය) කෙටි කළේය. ප්‍රසාරණය සඳහා විභවය පෙන්නුම් කරමින්, අපි සාමාන්‍යයට වඩා වැඩි වර්ධනයක් ද ලබා ගත්තෙමු. සලකා බැලිය යුතු වෙනත් සාධක තිබේ, ඒවායින් සමහරක් අපි වගුවේ ඇතුළත් කර ඇත්තෙමු.
ද්වි-පාර්ශ්වික උසස් තත්ත්වයේ NGF උත්ප්‍රේරක CVD මගින් නිකල් තීරු මත වගා කරන ලදී. සාම්ප්‍රදායික පොලිමර් උපස්ථර (CVD ග්‍රැෆීන් වල භාවිතා වන ඒවා වැනි) ඉවත් කිරීමෙන්, අපි NGF (නිකල් තීරු පිටුපස සහ ඉදිරිපස පැතිවල වගා කරන ලද) පිරිසිදු හා දෝෂ රහිත තෙත් මාරු කිරීමක් ලබා ගනිමු. සැලකිය යුතු ලෙස, NGF හි FLG සහ MLG කලාප (සාමාන්‍යයෙන් 100 µm2 ට 0.1% සිට 3% දක්වා) ඇතුළත් වන අතර ඒවා ඝන පටලයට ව්‍යුහාත්මකව හොඳින් ඒකාබද්ධ කර ඇත. ප්ලැනර් TEM මඟින් පෙන්නුම් කරන්නේ මෙම කලාප ග්‍රැෆයිට්/ග්‍රැෆීන් අංශු දෙකේ සිට තුන දක්වා (පිළිවෙලින් ස්ඵටික හෝ ස්ථර) ගොඩවල් වලින් සමන්විත වන බවයි, ඒවායින් සමහරක් 10-20° ක භ්‍රමණ නොගැලපීමක් ඇත. FLG සහ MLG කලාප FS-NGF දෘශ්‍ය ආලෝකයට විනිවිදභාවය සඳහා වගකිව යුතුය. පසුපස තහඩු සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, ඒවා ඉදිරිපස තහඩු වලට සමාන්තරව ගෙන යා හැකි අතර, පෙන්වා ඇති පරිදි, ක්‍රියාකාරී අරමුණක් තිබිය හැකිය (උදාහරණයක් ලෙස, වායු හඳුනාගැනීම සඳහා). කාර්මික පරිමාණ CVD ක්‍රියාවලීන්හි අපද්‍රව්‍ය සහ පිරිවැය අඩු කිරීම සඳහා මෙම අධ්‍යයනයන් ඉතා ප්‍රයෝජනවත් වේ.
සාමාන්‍යයෙන්, CVD NGF හි සාමාන්‍ය ඝනකම (අඩු සහ බහු ස්ථර) ග්‍රැෆීන් සහ කාර්මික (ක්ෂුද්‍රමීටර) ග්‍රැෆයිට් තහඩු අතර වේ. ඒවායේ රසවත් ගුණාංගවල පරාසය, ඒවායේ නිෂ්පාදනය සහ ප්‍රවාහනය සඳහා අප විසින් සංවර්ධනය කර ඇති සරල ක්‍රමය සමඟ ඒකාබද්ධව, මෙම පටල විශේෂයෙන් ග්‍රැෆයිට් වල ක්‍රියාකාරී ප්‍රතිචාරය අවශ්‍ය යෙදුම් සඳහා සුදුසු වේ, දැනට භාවිතා කරන බලශක්ති-දැඩි කාර්මික නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන්ගේ වියදමකින් තොරව.
වාණිජ CVD ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක (Aixtron 4-inch BMPro) 25-μm-ඝන නිකල් තීරු (99.5% සංශුද්ධතාවය, Goodfellow) ස්ථාපනය කරන ලදී. පද්ධතිය ආගන් සමඟ පිරිසිදු කර 10-3 mbar පාදක පීඩනයකට ඉවත් කරන ලදී. ඉන්පසු නිකල් තීරු තැන්පත් කරන ලදී. Ar/H2 හි (Ni තීරු මිනිත්තු 5 ක් පූර්ව ඇනීල් කිරීමෙන් පසු, තීරු 900 °C දී 500 mbar පීඩනයකට නිරාවරණය කරන ලදී. NGF මිනිත්තු 5 ක් සඳහා CH4/H2 (එක් එක් cm3 100) ප්‍රවාහයක තැන්පත් කරන ලදී. ඉන්පසු සාම්පලය 40 °C/min දී Ar ප්‍රවාහය (4000 cm3) භාවිතා කර 700 °C ට අඩු උෂ්ණත්වයකට සිසිල් කරන ලදී. NGF වර්ධන ක්‍රියාවලිය ප්‍රශස්තිකරණය කිරීම පිළිබඳ විස්තර වෙනත් තැන්වල විස්තර කර ඇත30.
සාම්පලයේ මතුපිට රූප විද්‍යාව Zeiss Merlin අන්වීක්ෂයක් (1 kV, 50 pA) භාවිතයෙන් SEM මගින් දෘශ්‍යමාන කරන ලදී. සාම්පල මතුපිට රළුබව සහ NGF ඝණකම AFM (Dimension Icon SPM, Bruker) භාවිතයෙන් මනිනු ලැබීය. අවසාන ප්‍රතිඵල ලබා ගැනීම සඳහා ඉහළ දීප්තියේ ක්ෂේත්‍ර විමෝචන තුවක්කුවක් (300 kV), FEI Wien වර්ගයේ ඒකවර්ණකයක් සහ CEOS කාච ගෝලාකාර අපගමන නිවැරදි කරන්නෙකු සහිත FEI Titan 80–300 ඝනක අන්වීක්ෂයක් භාවිතයෙන් TEM සහ SAED මිනුම් සිදු කරන ලදී. අවකාශීය විභේදනය 0.09 nm. පැතලි TEM රූපකරණය සහ SAED ව්‍යුහ විශ්ලේෂණය සඳහා NGF සාම්පල කාබන් ලේස් ආලේපිත තඹ ජාලක වෙත මාරු කරන ලදී. මේ අනුව, බොහෝ සාම්පල කුට්ටි ආධාරක පටලයේ සිදුරු තුළ අත්හිටුවා ඇත. මාරු කරන ලද NGF සාම්පල XRD මගින් විශ්ලේෂණය කරන ලදී. 3 mm කදම්භ ලප විෂ්කම්භයක් සහිත Cu විකිරණ ප්‍රභවයක් භාවිතා කරමින් කුඩු විවර්තනමානයක් (Brucker, Cu Kα ප්‍රභවයක් සහිත D2 අදියර මාරු කරන්නා, 1.5418 Å සහ LYNXEYE අනාවරකය) භාවිතයෙන් X-කිරණ විවර්තන රටා ලබා ගන්නා ලදී.
ඒකාබද්ධ කොන්ෆෝකල් අන්වීක්ෂයක් (ඇල්ෆා 300 RA, WITeC) භාවිතයෙන් රාමන් ලක්ෂ්‍ය මිනුම් කිහිපයක් වාර්තා කරන ලදී. තාප ප්‍රේරිත බලපෑම් වළක්වා ගැනීම සඳහා අඩු උද්දීපන බලයක් (25%) සහිත 532 nm ලේසර් භාවිතා කරන ලදී. 150 W බලයකින් ඒකවර්ණ Al Kα විකිරණ (hν = 1486.6 eV) භාවිතා කරමින් 300 × 700 μm2 සාම්පල ප්‍රදේශයක් පුරා Kratos Axis Ultra වර්ණාවලීක්ෂයක් මත X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) සිදු කරන ලදී. පිළිවෙලින් 160 eV සහ 20 eV සම්ප්‍රේෂණ ශක්තීන්හිදී විභේදන වර්ණාවලීක්ෂය ලබා ගන්නා ලදී. SiO2 වෙත මාරු කරන ලද NGF සාම්පල 30 W හි PLS6MW (1.06 μm) ytterbium ෆයිබර් ලේසර් භාවිතයෙන් කැබලිවලට (3 × 10 mm2 බැගින්) කපා ඇත. තඹ වයර් සම්බන්ධතා (50 μm ඝනකම) දෘශ්‍ය අන්වීක්ෂයක් යටතේ රිදී පේස්ට් භාවිතයෙන් නිෂ්පාදනය කරන ලදී. භෞතික ගුණාංග මිනුම් පද්ධතියක (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA) 300 K සහ ± 9 Tesla චුම්භක ක්ෂේත්‍ර විචලනයකින් මෙම සාම්පල මත විද්‍යුත් ප්‍රවාහනය සහ ශාලා ආචරණ අත්හදා බැලීම් සිදු කරන ලදී. ක්වාර්ට්ස් උපස්ථර සහ ක්වාර්ට්ස් යොමු සාම්පල වෙත මාරු කරන ලද 350–800 nm NGF පරාසයේ Lambda 950 UV–vis වර්ණාවලීක්ෂ ඡායාරූපමානයක් භාවිතයෙන් සම්ප්‍රේෂණය කරන ලද UV–vis වර්ණාවලීක්ෂ සටහන් කරන ලදී.
රසායනික ප්‍රතිරෝධක සංවේදකය (අන්තර් සංඛ්‍යාංක ඉලෙක්ට්‍රෝඩ චිපය) අභිරුචි මුද්‍රිත පරිපථ පුවරුවකට 73 වයර් කර ප්‍රතිරෝධය තාවකාලිකව නිස්සාරණය කරන ලදී. උපාංගය පිහිටා ඇති මුද්‍රිත පරිපථ පුවරුව සම්බන්ධතා පර්යන්තවලට සම්බන්ධ කර වායු සංවේදක කුටිය 74 තුළ තබා ඇත. ප්‍රතිරෝධක මිනුම් 1 V වෝල්ටීයතාවයකින් ගනු ලැබුවේ පිරිසිදු කිරීමේ සිට වායු නිරාවරණය දක්වා අඛණ්ඩ ස්කෑන් කිරීමකින් පසුව නැවත පිරිසිදු කිරීමෙනි. තෙතමනය ඇතුළුව කුටියේ ඇති අනෙකුත් සියලුම විශ්ලේෂණ ඉවත් කිරීම සහතික කිරීම සඳහා කුටිය මුලින් පැය 1 ක් 200 cm3 දී නයිට්‍රජන් සමඟ පිරිසිදු කිරීමෙනි. ඉන්පසු තනි විශ්ලේෂණ N2 සිලින්ඩරය වසා දැමීමෙන් 200 cm3 ප්‍රවාහ අනුපාතයකින් කුටියට සෙමින් මුදා හරින ලදී.
මෙම ලිපියේ සංශෝධිත අනුවාදයක් ප්‍රකාශයට පත් කර ඇති අතර ලිපියේ ඉහළින් ඇති සබැඳිය හරහා ප්‍රවේශ විය හැක.
ඉනාගාකි, එම්. සහ කන්ග්, එෆ්. කාබන් ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව සහ ඉංජිනේරු විද්‍යාව: මූලධර්ම. දෙවන සංස්කරණය සංස්කරණය කරන ලදී. 2014. 542.
පියර්සන්, HO කාබන්, මිනිරන්, දියමන්ති සහ ෆුලරීන් පිළිබඳ අත්පොත: ගුණාංග, සැකසුම් සහ යෙදුම්. පළමු සංස්කරණය සංස්කරණය කර ඇත. 1994, නිව් ජර්සි.
ට්සායි, ඩබ්ලිව්. සහ තවත් අය. විනිවිද පෙනෙන තුනී සන්නායක ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ලෙස විශාල ප්‍රදේශ බහු ස්ථර ග්‍රැෆීන්/මිනිරන් පටල. යෙදුම. භෞතික විද්‍යාව. රයිට්. 95(12), 123115(2009).
බැලන්ඩින් ඒඒ ග්‍රැෆීන් සහ නැනෝ ව්‍යුහගත කාබන් ද්‍රව්‍යවල තාප ගුණාංග. නේට්. මැට්. 10(8), 569–581 (2011).
චෙං කේවයි, බ්‍රවුන් පීඩබ්ලිව් සහ කැහිල් ඩීජී අඩු උෂ්ණත්ව රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීමෙන් නි (111) මත වගා කරන ලද ග්‍රැෆයිට් පටලවල තාප සන්නායකතාවය. ක්‍රියා පදය. මැට්. අතුරුමුහුණත 3, 16 (2016).
හෙස්ජෙඩාල්, ටී. රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීමෙන් ග්‍රැෆීන් පටලවල අඛණ්ඩ වර්ධනය. යෙදුම. භෞතික විද්‍යාව. රයිට්. 98(13), 133106(2011).
පළ කිරීමේ කාලය: අගෝස්තු-23-2024