Хвала вам на посети натуре.цом. Верзија претраживача користите има ограничена ЦСС подршка. За најбоље резултате, препоручујемо да користите новију верзију прегледача (или онемогућите режим компатибилности у програму Интернет Екплорер). У међувремену, како би се осигурала у току која је у току, приказујемо веб локацију без стилског или ЈаваСцрипт-а.
Наносцале графитни филмови (НГФС) су робусни наноматеријали који се могу произвести каталитичким словом хемијских паре, али питања остају у тој лакоћи преноса и како површинска морфологија утиче на њихову употребу у уређајима за нове генерације. Овде пријављујемо раст НГФ-а са обе стране поликристалне никла фолије (површине 55 цм2, дебљина око 100 нм) и њен пренос без полимера (предњи и назад, површина до 6 цм2). Због морфологије фолије катализатора, два карбонских филмова разликују се у својим физичким својствима и другим карактеристикама (као што је храпавост површине). Доказујемо да су НГФ-ови са подлазаним стражњицом добро погодни за откривање Но2, док су глатки и проводљивији НГФ-ови на предњој страни (2000 С / ЦМ, отпорност на лим - 50 ома / м2) могу бити одрживи проводници. канал или електрода соларне ћелије (јер преноси 62% видљиве светлости). Све у свему, описани процеси раста и транспорта могу помоћи у реализацији НГФ-а као алтернативног карбонског материјала за технолошке апликације где графички и микронски графитни филмови нису погодни.
Графит је широко кориштен индустријски материјал. Познатно, графит има својства релативно ниске густине масовне густине и високу термалну и електричну проводљивост на равни, и веома је стабилан у оштром топлотним и хемијским окружењима1,2. Флаке Грапхите је добро познати почетни материјал за Графикон истраживање3. Када се обрађује у танке филмове, може се користити у широком распону апликација, укључујући топлоте за електронске уређаје као што су паметне телефоне4,5,6,7, као активни материјал у сензорима8,9,10 и за електромагнетну заштиту од смена11. 12 и филмови за литографију у екстремним ултраљубичастом13,14, вођење канала у соларним ћелија15,16. За све ове апликације биле би то значајна предност ако се могу лако произвести велике површине графичних филмова (НГФС) дебљине у наноскали <100 нм да се могу лако произвести и превести.
Графички филмови се производе различитим методама. У једном случају, уграђивање и ширење праћено пилићима коришћени су за производњу графичких пахуљица10,11,17. Пахуљице се морају даље обрађивати у филмове потребне дебљине, а често је потребно неколико дана за производњу густих графичких листова. Други приступ је започети са графикативним чврстим прекурсовима. У индустрији, листови полимера су угљен (на 1000-1500 ° Ц), а затим графитизовани (на 2800-3200 ° Ц) да формирају добро структуриране слојеве материјале. Иако је квалитет ових филмова висок, потрошња енергије је значајна1,18,19, а минимална дебљина је ограничена на неколико микрона 200.18,19,20.
Каталитичка хемијска таложење паре (ЦВД) је позната метода за производњу графичких и ултратхин графичних филмова (<10 нм) са високим структурним квалитетом и разумним трошковима21,22,23,24,25,26,27. Међутим, у поређењу са растом графичког и ултратхин графитног филма28, раст великих површина и / или примјена НГФ-а који користи ЦВД је још мање истраживања11,13,29,30,31,32,33.
ЦВД одрасли графички и графитни филмови често се морају пренијети на функционалне подлоге34. Ови танки преноси филма укључују две главне методе35: (1) не-етцх трансфер36,37 и (2) мокрог трансфера заснованог на етцх-у (супстрат) 14,34,38. Свака метода има неке предности и недостатке и мора се одабрати у зависности од предвиђене апликације, као што је описано негде 2.353. За графичке / графитне филмове узгајане на каталитичке подлоге, пренос преко влажних хемијских процеса (од којих је полиметил метакрилат (ПММА) најчешће кориштен слој подршке) остаје први избор13,30,34,34,38,40,41,42. Ти и др. Споменуто је да се није користио полимер за трансфер НГФ-а (узорак величине приближно 4 цм2) 25,43, али ниједан детаљи нису обезбеђени у погледу стабилности узорка и / или руковања током преноса; Влажни производи хемије користећи полимере састоје се од неколико корака, укључујући апликацију и накнадно уклањање жртворског слоја полимера30,38,40,41,42. Овај процес има мане: На пример, остаци полимера могу да промене својства одрасле филма38. Додатна обрада може уклонити преостали полимер, али ови додатни кораци повећавају трошкове и време филмске производње38,40. Током раста ЦВД-а, слој графике је депонован не само на предњој страни катализаторске фолије (страна окренута према парној протоку), већ и на задњој страни. Међутим, ово последње се сматра отпадном производ и може се брзо уклонити меком плазмом38,41. Рециклирање Овај филм може помоћи у максимизирању приноса, чак и ако је нижег квалитета него лице угљеника.
Овде пријављујемо припрему бифакалног раста вафлинског обима НГФ-а са високим структурним квалитетом на поликристалној никл фолији од стране ЦВД-а. Процијењено је како храпавост предње и задње површине фолије утиче на морфологију и структуру НГФ-а. Такође демонстрирамо економичан и еколошки прихватљив полимерни пренос НГФ-а са обе стране никла фолије на вишенамељне подлоге и показују како су предњи и задњи филмови погодни за различите апликације.
Следећи одељци разговарају о различитим дебљинама графитске филма у зависности од броја слојева бакалаца: (и) Једнослојни графикон (СЛГ, 1 слој), (ии) Мало слоја графикон (ФЛГ, <10 слојеви), (иии) вишеслојни графикон (МЛГ, 10-30 слоја) и (ив 300 слојеви). Потоњи је најчешћа дебљина изражена у проценту површине (око 97% површине на 100 μм2) 30. Зато се цео филм једноставно назива НГФ.
Поликаристалне никалне фолије које се користе за синтезу графичких и графичних филмова имају различите текстуре као резултат њихове производње и накнадне прераде. Недавно смо пријавили студију за оптимизацију процеса раста НГФ30. Показујемо да су параметри процеса као што су вријеме и притисак веће током фазе раста играти критичну улогу у добијању НГФ-а уједначене дебљине. Ево, даље смо истраживали раст НГФ-а на полираном предњем делу (ФС) и неуполизованим површинама никл фолије (Сл. 1а). Испитане су три врсте узорака ФС и БС, наведене у Табели 1. Након визуелне инспекције, уједначен раст НГФ-а са обе стране нијанске фолије (НИАГ) може да се види променом боје расуте НИ супстрате са карактеристичног метала сребрне сиве боје у мат сиву боју (слика 1а); Микроскопска мерења су потврђена (Сл. 1б, Ц). Типични раман спектар ФС-НГФ-а примећен је у светлу региону и назначено црвеним, плавим и наранџастим стрелицама на слици 1Б приказан је на слици 1Ц. Карактеристични рамански врхови графита Г (1683 цм-1) и 2Д (2696 цм-1) Потврђују раст високо кристалног НГФ-а (Сл. 1Ц, Табела СИ1). Кроз филм је примећено превладавање раманског спектра са омјером интензитета (И2Д / ИГ) ~ 0.3, док су раман спектри са И2Д / ИГ = 0,8 ретко посматрано. Одсуство неисправних врхова (Д = 1350 цм-1) у целом филму указује на висок квалитет раста НГФ-а. Слични резултати Рамана добијени су на узорку БС-НГФ (Слика Си1 А и Б, Табле Си1).
Поређење НИАГ ФС- и БС-НГФ: (а) Фотографија типичног узорка НГФ (НИАГ) који приказује раст НГФ-а (55 цм2) и резултирајућим узорцима БС-и ФС-НИ фолије, (б) ФС-НГФ слике / НИ добијено оптичким микроскопом, (ц) типичним раманскопом, (ц) типичним раманскопом снимљеним на различитим положајима у панелу Б, (Д, Ф) сем слике на панелу Б, (Д, Ф) сем слике Различите увеличице на ФС-НГФ / НИ, (Е, Г) сем слике на различитим повећањем величине БС -НГФ / НИ. Плава стрелица указује на регион ФЛГ, наранџаста стрелица означава регион МЛГ (у близини регије ФЛГ), црвена стрелица означава НГФ регион, а магента стрелица означава преклопник.
Будући да раст зависи од дебљине почетне подлоге, величине кристала, оријентације и граница зрна, постизање разумне контроле дебљине НГФ-а на великим површинама и даље је изазов20,34,44. Ова студија је користила садржај који смо претходно објавили30. Овај процес ствара светли регион од 0,1 до 3% по 100 μм230. У следећим одељцима представљамо резултате обе врсте региона. Високо увећање СЕМ слике приказују присуство неколико сјајних контрастних подручја са обе стране (Сл. 1ф, г), што указује на присуство ФЛГ и МЛГ региона30,45. То је такође потврдило рамански рамански (Сл. 1Ц) и резултати тема (разговарано касније у одељку "ФС-НГФ: Структура и некретнине"). Региони ФЛГ и МЛГ-а примећени на фс- и БС-НГФ / НИ узорцима ФРЕС-а (предњи и задњи НГФ узгајани на НИ) могу се узгајати на великим нивоима НИ (111) формираних током пре-гојања22,30,45. Склопило је савијено на обе стране (Сл. 1б, обележено љубичастим стрелицама). Ови набори се често налазе у ЦВД-у ГРАФФЕН и ГРАПХИТЕ филмовима због велике разлике у коефицијенту топлотне експанзије графита и никла подлоге3038.
Слика АФМ потврдила је да је узорак ФС-НГФ летјета од узорка БС-НГФ (Слика Си1) (Слика Си2). Вредности грубих коријенских средњих врста (РМС) ФС-НГФ / НИ (Сл. Си2Ц) и БС-НГФ / НИ (Сл. Си2Д) су 82 и 200 нм, респективно (мерено на површини од 20 × 20 μм2). Већа храпавост се може схватити на основу површинске анализе никла (Ниар) фолије у примљеном стању (Слика СИ3). Слике ФС и БС-ниар-а приказани су на сликама СИ3А-Д, демонстрирајући различите површинске морфологије: полирани ФС-НИ фолији има сферне честице нано- и микрона, док неупитни БС-НИ фоли показује производне мердевине. као честице са великом снагом. и пад. Слике са ниским и високим резолуцијом жарене никла фолије (НИА) приказане су на слици СИ3Е-Х. У овим подацима можемо да посматрамо присуство неколико честица никалних микрона на обе стране никла фолије (Сл. СИ3Е-Х). Велики зрна могу имати ни (111) површинску оријентацију, као што је претходно пријављено30,46. Постоје значајне разлике у морфологији никловне фолије између ФС-НИА и БС-НИА. Већа храпавост БС-НГФ / НИ је због негдерене површине БС-Ниара, од којих је површина остаје значајно груба чак и након жарења (слика Си3). Ова врста карактеризације површине пре процеса раста омогућава контролирање храпавости графичких и графичних филмова. Треба напоменути да је оригинална супстрата подвргнута неком реорганизацији зрна током раста графине, која је благо смањена величина зрна и нешто повећала површинску храпавост подлоге у поређењу са жареним фолијама и катализаторима22.
Фино подешавање површинске храпавости подлога Да се контролише храпавост површине подлоге, методе као што су електролитички полирање добијене никла фолије може се размотрити 48. Претходни никл фолију се затим може жарити на нижим температурама (<900 ° Ц) 46 и време (<5 мин) како би се избегло формирање великих НИ (111) зрна (што је корисно за раст ФЛГ).
СЛГ и ФЛГ Графне не могу да издрже површинску напетост киселина и воде, захтевајући механичке слојеве подршке током влажних процеса пренос хемијских производа22,34,38. За разлику од влажног хемијског преноса једнослојног графике који подржавају полимере, открили смо да се обе стране нарађене НГФ-а могу пренијети без полимерне подршке, као што је приказано на слици 2А (види слику СИ4А). Трансфер НГФ у дату подлогу почиње влажним јеткањем основног ни30.49 филма. Узгој НГФ / НГФ узорка су постављени преко ноћи у 15 мл 70% ХНО3 разблажени са 600 мл деионизоване (ДИ) воде. Након што је НИ фолија потпуно растворена, ФС-НГФ остаје раван и плута на површини течности, баш као и НГФ / НГФ узорак, док је БС-НГФ уроњен у воду (Сл. 2А, Б). Изоловани НГФ је затим пребачен из једне чаше која садржи свежу дејонизовану воду у другу чашу и изоловани НГФ је детаљно испран, понављајући четири до шест пута кроз конкавно стаклено јело. Коначно, ФС-НГФ и БС-НГФ су постављени на жељену подлогу (Сл. 2Ц).
Поступак од полимерног мокрог преноса хемијских производа за НГФ узгаја на никл фолију: (а) Дијаграм протока процеса (види слику СИ4 за више детаља), (б) Дигитална фотографија одвојеног НГФ-а након НИ Етцхинг (2 узорка), (д) ФС-НГФ Трансфер на СиО2 / СИ подлогу, (д) ФС-НГФ Трансцлат у Опакуе Полимер Трансцат, (Е) БС-НГФ, (Е) БС-НГФ Исти узорак као што је плоча Д (подељено на два дела), пребачен у златни натпис Ц Папир и Нафион (флексибилна прозирна супстрат, ивице означене црвеним угловима).
Имајте на уму да СЛГ пренос који се врши коришћењем влажних начина преноса хемикалија захтева укупну вријеме обраде од 20-24 сата 38. Са техником без преноса на полимеру демонстрираном овде (Слика Си4а), укупна вријеме обраде НГФ-а знатно је смањена (отприлике 15 сати). Процес се састоји од: (корака 1) Припремите раствор за суштину и ставите узорак у њега (~ 10 минута), а затим причекајте преко ноћи за НИ ЕТЦХИНГ (~ 7200 минута), (корак 2) исперите деионизованом водом (корак - 3). Чувајте у деионизираној води или преносу на циљни подлогу (20 мин). Вода заробљена између НГФ-а и расељеног матрикса уклања се капиларним деловањем (користећи блоттинг папир) 38, а затим преостале капљице воде уклањају природним сушењем (приближно 30 мин) и коначно се узорак осуши 10 мин. мин у вакуумској рерни (10-1 мбар) на 50-90 ° Ц (60 мин) 38.
Познато је да је графит издржати присуство воде и ваздуха при поштено високим температурама (≥ 200 ° Ц) 50,51,52. Тестирали смо узорке користећи раман спектроскопију, сем и КСРД након складиштења у деионизираној води на собној температури и у запечаћеним боцама за било где од неколико дана до једне године (слика СИ4). Не постоји приметна деградација. Слика 2Ц приказује слободно стојећи ФС-НГФ и БС-НГФ у деионизираној води. Ухватили смо их на Си02 (300 НМ) / СИ подлогу, као што је приказано на почетку слике 2Ц. Поред тога, као што је приказано на слици 2Д, Е, континуирани НГФ се може пренијети на различите подлоге као што су полимери (термабраигхт полиамид од некове и нафиона) и златног угљеника обложеног златом. Плутајућа ФС-НГФ је лако постављена на циљну супстрату (Сл. 2Ц, Д). Међутим, БС-НГФ узорци већи од 3 цм2 било је тешко да се рукује када је потпуно уроњен у воду. Обично, када почну да се баве водом, због непажљивог руковања, понекад се пробијају на два или три дела (Сл. 2Е). Све у свему, успели смо да постигнемо пренос без полимера ПС-и БС-НГФ (континуирани бешавни трансфер без раста НГФ / НИ / НГФ-а на 6 цм2) за узорке до 6 и 3 цм2 у области, респективно. Сваки преостали велики или мали комади могу се лако видети у раствору и деионизираној води) на жељеној супстрат-у (~ 1 мм2, СИ4Б, погледајте узорак пренесен у бакарну мрежу као у "ФС-НГФ: Структура и својства (дискутовано) под" Структурама и својствима ", процењујемо да се НГФ може вратити у приносу у приносу у приносу у приносу у приносу у приносима и на основу приноса. (након раста за пренос).
Узорци преноса без полимера детаљно су анализирани. Површинске морфолошке карактеристике добијене на ФС- и БС-НГФ / СИО2 / СИ (Сл. 2Ц) користећи оптичку микроскопију (ОМ) и СЕМ слике (Слика СИ5 и Сл. 3) показала је да су ови узорци пренели без микроскопије. Видљива структурна оштећења као што су пукотине, рупе или одсељене области. Набори на растућем НГФ-у (Сл. 3б, Д, обележени љубичастим стрелицама) остали су нетакнути након преноса. И ФС- и БС-НГФ-ови састоје се од ФЛГ региона (сјајне регије назначене плавим стрелицама на слици 3). Изненађујуће, за разлику од неколико оштећених региона обично се примећује током полимера преноса ултратхин графитних филмова, неколико микрона ФЛГ и МЛГ региона који се повезују са НГФ-ом (обележене плавим стрелицама на слици 3Д) преносе се без пукотина или паузе (слика 3Д). 3). . Механички интегритет је додатно потврђен помоћу Тем и СЕМ слика НГФ-а пребачен на траке-карбонске бакрене решетке, као што је то речено ("ФС-НГФ: структура и својства"). Пренесени БС-НГФ / СиО2 / СИ је груб од ФС-НГФ / СиО2 / СА са РМС вредностима од 140 НМ и 17 нМ, односно, као што је приказано на слици Си6а и Б (20 × 20 μм2). РМС вредност НГФ-а пребачена на подлогу СИО2 / СИ (РМС <2 нм) је значајно нижа (око 3 пута) од оне у НГФ-у узгајане на НИ (Слика СИ2), што указује да додатна храпавост може да одговара НИ површини. Поред тога, АФМ слике које се наступају на ивицама ФС-и БС-НГФ / СИО2 / СИ узорака приказане су дебљине НГФ-а од 100 и 80 нМ, респективно (СЛИКА СИ7). Мања дебљина БС-НГФ-а може бити резултат површине која није директно изложена прекурсорском гасу.
Пребачен НГФ (НИАГ) без полимера на СиО2 / СИ ВАФЕР (види слику 2ц): (А, Б) сем слике преношења ФС-НГФ: ниско и велико увећање (што одговара квадрату наранџе на плочи). Типична подручја) - а). (Ц, Д) СЕМ слике пребачених БС-НГФ-а: ниско и велико увећање (што одговара типичној површини приказаној наранџасти квадрат на плочи Ц). (Е, Ф) АФМ слике преноса ФС- и БС-НГФС. Блуе арров представља ФЛГ регион - Светли контраст, Цинан арров - Црна МЛГ контраст, црвена стрелица - Црни контраст представља НГФ регион, магента арров представља преклопник.
Хемијски састав одраслих и преношених ФС-НГФ-а анализиран је рендгенским фотоелектронским спектроскопијем (КСПС) (Сл. 4). Посматрано је слаб врх у измереном спектри (Сл. 4а, б), што одговара НИ супстрат (850 ЕВ) одраслих ФС- и БС-НГФ-а (НИАГ). Нема врхова у измереним спектрима преношеног ФС- и БС-НГФ / СиО2 / СИ (Сл. 4ц; Слични резултати за БС-НГФ / СиО2 / СИ нису приказани), што указује да након преноса не постоји преостала НИ контаминација. Слике 4Д-Ф приказују спектра високог резолуције Ц1 С, О 1 С и СИ 2П нивоа енергије ФС-НГФ / СиО2 / СИ. Везивање енергије Ц1 С графита је 284,4 ЕВ53.54. Линеарни облик графичних врхова углавном се сматра асиметричним, као што је приказано на слици 4Д54. Спектар језгре високог резолуције Ц1 Ц 1 С (Сл. 4Д) такође је потврдио чисти пренос (тј. Нема полимерних остатака), који је у складу са претходним студијама38. Линије Ц1 С Спектрима свеже узгајаног узорка (НИАГ) и након преноса су 0,55 и 0,62 ЕВ, респективно. Ове вредности су веће од оних СЛГ-а (0,49 ЕВ за СЛГ на СИО2 подлози) 38. Међутим, ове вредности су мање од претходно пријављених линија линије за високо оријентисане пироличке графичке узорке (~ 0,75 ЕВ) 53,54,55, што указује на одсуство неисправних места угљеника у тренутном материјалу. Спектрима за приземље Ц 1 С и О 1 С приземљу такође немају рамена, елиминишући потребу за врхунском року од високе резолуције деконолутион54. Постоји π π π * Сателитски врх око 291.1 ЕВ, који се често поштује у графитним узорцима. Сигнали 103 ЕВ и 532.5 ЕВ у СПЕ СПЕЦТРИ нивоа језгре (види Слику 4е, ф) приписују се супстрат СИО2 56. КСПС је техника осетљива на површину, тако да се сигнали који одговарају НИ и Сио2 открију пре и после НГФ преноса, односе се да потичу из ФЛГ региона. Слични резултати примећени су за пренесене БС-НГФ узорке (нису приказане).
НИАГ КСПС Резултати: (АЦ) Спектри за истраживање различитих елементарних атомских састава одраслих ФС-НГФ / НИ, БС-НГФ / НИ и пребачени ФС-НГФ / СИО2 / СИ, респективно. (Д-Ф) Спектри високе резолуције основних нивоа Ц 1 С, О 1С и СИ 2П ФС-НГФ / СИО2 / СИ узорак.
Општи квалитет преношених НГФ кристала процењен је помоћу рендгенске дифракције (КСРД). Типични КСРД узорци (Сл. Си8) преношења ФС-а и БС-НГФ / СИО2 / СИ Покажите присуство дифракционих врхова (0 0 0 2) и (0 0 0 4) на 26.6 ° и 54.7 °, слично графита. . Ово потврђује високи кристални квалитет НГФ-а и одговара удаљености преплетања Д = 0,335 НМ, што се одржава након корака преноса. Интензитет дифракционог врха (0 0 0 2) је отприлике 30 пута од дифракционог врха (0 0 0 4), што указује да је кристална равнина НГФ-а добро поравнана са површином узорка.
Према резултатима СЕМ, Рамана Спектроскопија, КСПС и КСРД-а, нађено је да је квалитет БС-НГФ / НИ исто као и ФС-НГФ / НИ, иако је његова храпавост РМС била нешто виша (фигуре СИ2, СИ5) и СИ7).
СЛГОВЕ са полимерним слојевима подршке до 200 нм дебљине могу да плутају на води. Ово подешавање се обично користи у поступцима који је помогао од полимера који је мокри пренос хемијских производа 22,38. Графикон и графит су хидрофобни (влажни угао 80-90 °) 57. Потенцијалне енергетске површине и графифне и ФЛГ-а забележене су прилично равне, са ниском потенцијалном енергијом (~ 1 кЈ / мол) за бочно кретање воде на површини58. Међутим, израчуната енергија интеракције воде са графиком и три слоја графине су приближно - 13 и - 15 кЈ / мол, 58, што указује да је интеракција воде са НГФ-ом (око 300 слојева) нижа у поређењу са графиком. Ово може бити један од разлога зашто самостални НГФ остаје раван на површини воде, док самостални графикон (који лебди у води) коврчава и смањује се. Када је НГФ у потпуности уроњен у воду (резултати су исти за грубе и равне НГФ), његове ивице савијају (Слика СИ4). У случају потпуног урањања, очекује се да се енергија интеракције на НГФ-у готово удвостручи (у поређењу са плутајућим НГФ-ом) и да ивице НГФ-а преклопите да би одржали високи контакт угао (хидрофобност). Вјерујемо да се стратегије могу развити како би се избегло уводњавање ивица уграђених НГФ-а. Један приступ је употреба мешовитих растварача да модулира реакцију влажења графитног филма59.
Пренос СЛГ на различите врсте подлога преко влажних процеса преноса хемикалија претходно је пријављен. Опште је прихваћено да слаби Ван дер Ваалс високе снаге између графичних / графичних филмова и подлога (да ли је крута подлога, као што су сиц38 / си38,41,46,60, сиц38, ау42, сиц38, ау2, си стубс22 и лаци карбонски филмови30, 34 или флексибилне подлоге, као што је полиимид 37). Овде претпостављамо да су превладавају интеракције истог типа. Нисмо приметили штету или пилинг НГФ-а за ниједну од супстрата који су овде представљени током механичких руковања (током карактеризације под вакуумским и / или атмосферским условима или током складиштења) (нпр. Слика 2, Си7 и СИ9). Поред тога, нисмо посматрали вршног врха у КСПС Ц 1 С спектром језгреног нивоа НГФ / СиО2 / СИ узорак (Сл. 4). Ови резултати показују да нема хемијске везе између НГФ-а и циљне супстрате.
У претходном одељку ", пренос без полимера ФС- и БС-НГФ", показали смо да НГФ може расти и пренијети на обе стране никла фолије. Ове ФС-НГФС и БС-НГФ-ови нису идентични у погледу храпавости површине, што нас је натерало да истражимо најприкладније апликације за сваку врсту.
С обзиром на транспарентност и глатку површину ФС-НГФ-а, детаљније смо проучавали њену локалну структуру, оптичку и електричну својства. Структура и структура ФС-НГФ-а без полимерног преноса карактерисале су преносним електронским микроскопијем (тем) Снимком и одабраном подручју дифракције електрона (САЕД) Анализа узорка. Одговарајући резултати су приказани на слици 5. Ниско увећање Планар Тем Снимљено је открило присуство НГФ-а и ФЛГ региона са различитим карактеристикама контраста електрона, тј. Данаријим и светлијим областима, респективно (Сл. 5А). Филм у целини показује добар механички интегритет и стабилност између различитих региона НГФ-а и ФЛГ-а, са добрим преклапањем и без оштећења или никаквих оштећења, који је такође потврдио СЕМ (Слика 3) и Студије високих увећања (Слика 3). Конкретно, на слици Слика 5Д приказује структуру моста на свом највећем делу (положај означен црном стрелицом на слици 5Д), који карактерише троугласти облик и састоји се од графичког слоја са ширином од око 51 године. Композиција са интерпланарским размаком од 0,33 ± 0,01 НМ даље се смањује на неколико слојева графике у најужем региону (крај чврсте цртене стрелице на слици 5 д).
Планаријскаа Слика Ниаг узора без полимерног на узорак у угљеници Царбон Лаци бакра: (А, Б) Ниско увећавају слике, укључујући НГФ и ФЛГ регије, (ЦЕ) Високо увећање Слике разних региона на панелу-А и панел-Б означени су стрелице исте боје. Зелене стрелице у панелима А и Ц указују на кружне површине оштећења током поравнања снопа. (Ф-И) у панелима А до Ц, САЕД обрасци у различитим регионима означени су плавом, цијаном, наранџастом и црвеним круговима, респективно.
Структура врпце на слици 5Ц приказује (означена црвеном стрелицом) вертикална оријентација равни графитске решетке, што може бити последица формирања нанофолд-а дуж филма (ИНСЕТ на слици 5Ц) због вишка некомпензираног стреса на смицу 30,61,62. Под високим резолуцијом, ови нанофолдс 30 показују другачију кристалографску оријентацију од остатка региона НГФ-а; Базални авиони графитне решетке оријентисани су готово вертикално, а не хоризонтално као и остатак филма (ИНСЕТ на слици 5Ц). Слично томе, ФЛГ регион повремено показује линеарно и уски набори сличан опсегу (обележени плавим стрелицама), који се појављују на ниском и средњем увећању на сликама 5б, 5е, односно. Инсет на слици 5е потврђује присуство дво- и трослојних графичких слојева у ФЛГ сектору (интерпланарска удаљеност 0,33 ± 0,01 Нм), што је у добром договору са нашим претходним резултатима30. Поред тога, снимљене сем слике НГФ-а од полимера пребачене на бакрене решетке са лаци карбонским филмовима (након извођења мјерења са горњим приказом) приказане су на слици СИ9. Добро суспендовани ФЛГ регион (означен са плавим стрелицом) и разбијени регион на слици Си9Ф. Плава стрелица (на ивици преношеног НГФ-а) намерно је представљена да покаже да ФЛГ регион може одољети процесу преноса без полимера. Укратко, ове слике потврђују да је делимично обустављена НГФ (укључујући регион ФЛГ) одржава механички интегритет чак и након ригорозног руковања и изложености високим вакууму током температуре и мерења СЕМ (Слика СИ9).
Због одличне равнисти НГФ-а (види слику 5а), није тешко оријентисати пахуљице Акис [0001] доменом за анализу САЕД структуре. У зависности од локалне дебљине филма и њене локације, неколико региона који су занимање (12 бодова) идентификовано је за студије дифракције електрона. На сликама 5А-Ц, четири од ових типичних региона приказују се и обележе обојеним круговима (плава, цијан, наранџаста и црвена кодирана). Слике 2 и 3 за САЕД режим. Слике 5Ф и г је добијено из регије ФЛГ приказано на сликама 5 и 5. Као што је приказано на сликама 5б и ц, респективно. Имају шестерокутну структуру сличну искривљеном графику63. Нарочито, Слика 5Ф приказује три натписане обрасце са истом оријентацијом оси зоне [0001], ротира се за 10 ° и 20 °, како је сведочен угаони неусклађеност три пара (10-10) рефлексија. Слично томе, слика 5Г приказује два суперпремне шестерокутне узорке ротиране за 20 °. Две или три групе шестерокутних образаца у региону ФЛГ-а могу настати са три равнине или ван нивоа равне слојеве 33 ротирана једни према другима. Супротно томе, дифракцијски обрасци електрона на слици 5х, и (који одговарају НГФ региону приказаном на слици 5А) показују један узорак са укупним вишим интензитетом дифракције, што одговара већој дебљини материјала. Ови САЕД модели одговарају дебљим графитичној структури и средњој оријентацији од ФЛГ-а, као што је закључено из индекса 64. Карактеристика кристалних својстава НГФ-а открила је суживот два или три суперпремишљени графит (или графички) кристализације. Оно што је посебно приметно у ФЛГ регији је да кристалите имају одређени степен равнине или незадовољне равнине. Графитне честице / слојеви са угловима ротације у равнима од 17 °, 22 ° и 25 °, претходно су пријављене за НГФ узгајану на НИ 64 филмовима. Вриједности углова ротације које су примећене у овој студији су у складу са претходно посматраним угловима ротације (± 1 °) за уплетену БЛГ63 графикон.
Електрична својства НГФ / СИО2 / СИ мерена је на 300 К преко површине 10 × 3 мм2. Вриједности концентрације електричне енергије, мобилности и проводљивости су 1,6 × 1020 цм-3, 220 цм2 В-1 Ц-1 и 2000 С-ЦМ-1, респективно. Вриједности мобилности и проводљивости наших НГФ-а су сличне природном графију2 и виши од комерцијално доступне високо оријентисане пироличке графите (произведене на 3000 ° Ц) 29. Посматране вредности концентрације електричне носаче су две наредбе величине више од оне недавно пријављене (7,25 × 10 цм-3) за графитне филмове на микрон-дебљиним графичким филмовима који се припремају помоћу високих температура (3200 ° Ц) полиимид листова 20.
Такође смо извршили уВ-видљиве мерења преноса на ФС-НГФ пребачени у кварцне подлоге (Слика 6). Добијени спектар показује скоро константну пренос од 62% у опсегу 350-800 Нм, што указује да је НГФ прозиран на видљиво светло. У ствари, име "Кауст" се може видети на дигиталној фотографији узорка на слици 6б. Иако је нанокристална структура НГФ-а разликује од оне СЛГ-а, број слојева може се грубо проценити коришћењем од 2,3% губитка преноса по додатном слоју65. Према овом односу, број графичних слојева са 38% губитка преноса је 21. Урастао НГФ углавном се састоји од 300 графичких слојева, односно дебљине око 100 нм (Сл. 1, СИ5 и СИ7). Стога претпостављамо да је посматрана оптичка транспарентност одговара ФЛГ и МЛГ регионима, јер се дистрибуирају у целом филму (Сл. 1, 3, 5 и 6Ц). Поред горе наведених структурних података, проводљивост и транспарентност такође потврђују висок кристални квалитет пренесеног НГФ-а.
(а) УВ-видљиви мерење предајнице, (б) типични НГФ трансфер на кварцу користећи репрезентативни узорак. (ц) Схема НГФ-а (тамна кутија) са равномерно дистрибуираним ФЛГ и МЛГ регионима означеним као сиве случајне облике током узорак (види слику 1) (приближно 0,1-3% површине на 100 уМ2). Случајни облици и њихове величине у дијаграму су само за илустративне сврхе и не одговарају стварним областима.
Прозирна НГФ узгајана ЦВД-а претходно је пребачена на голе силицијумске површине и коришћене у соларним ћелија15,16. Добијена ефикасност конверзије напајања (ПЦЕ) је 1,5%. Ове НГФ-ове обављају више функција као што су активни слојеви, путеви за превоз терета и транспарентне електроде15,16. Међутим, графитни филм није уједначен. Даљња оптимизација је потребно пажљиво контролирати отпорност на лиму и оптички пренос графитне електроде, јер ова два својства играју важну улогу у одређивању ПЦЕ вредности соларне ћелије15,16. Типично, графички филмови су 97,7% транспарентни према видљивом светлу, али имају отпор лима од 200-3000 охма / квадратних метара. Површинска отпорност графичних филмова може се смањити повећањем броја слојева (вишеструки пренос графичких слојева) и допинг са ХНО3 (~ 30 охм / квадратних производа) 66. Међутим, овај процес траје дуго и различити преносни слојеви не одржавају увек добар контакт. Наша предња страна НГФ има својства као што су проводљивост 2000 С / ЦМ, отпорност на филм 50 ОХМ / СК. и 62% транспарентности, што га чини одрживом алтернативом за проводљиве канале или контра електрода у соларним ћелија15,16.
Иако је структура и површинска хемија БС-НГФ-а слична ФС-НГФ, његова храпавост је другачија ("раст ФС- и БС-НГФ"). Раније смо користили ултра танко филмски графит22 као сензор гаса. Стога смо тестирали изводљивост коришћења БС-НГФ за задатке сензора гаса (Слика Си10). Прво, дјелови ММ2 величине БС-НГФ-а пребачени су на интердигативни сензорски сензорски чип (слика Си10А-Ц). Детаљи производње чипа раније су пријављене; Његова активна осетљива површина је 9 мм267. На сем сликама (слика Си10б и Ц), основна златна електрода је јасно видљива преко НГФ-а. Опет се види да је уједначена покривеност чипове постигнуто за све узорке. Забележене су мерења сензора гаса за разне гасове (Сл. Си10Д) (Сл. Си11) и резултирајуће стопе одговора приказане су на Сл. Си10Г. Вероватно са другим ометајућим гасовима, укључујући СО2 (200 ппм), Х2 (2%), ЦХ4 (200 ппм), ЦО2 (2%), Х2С (200 ппм) и НХ3 (200 ппм). Један могући узрок је НО2. Електрофилна природа гаса22,68. Када се адсорбује на површини графине, он смањује тренутну апсорпцију електрона од стране система. Поређење података о времену одговора БС-НГФ сензора са претходно објављеним сензорима приказано је у Табели Си2. Механизам за реактивацију сензора НГФ-а користећи УВ плазму, О3 плазму или термички (50-150 ° Ц) лечење изложених узорака је у току, у идеалном случају, праћено имплементацијом уграђених система69.
Током процеса ЦВД-а, раст графине се јавља на обе стране супстрата катализатора41. Међутим, БС-графикон се обично избацује током процеса преноса41. У овој студији показујемо да се висококвалитетним растом НГФ-а и НГФ-а без полимера могу постићи на обе стране подршке катализатори. БС-НГФ је тањи (~ 80 нм) од ФС-НГФ (~ 100 нм), а та разлика се објашњава чињеницом да БС-НИ није директно изложен протоку гаса од прекурова. Открили смо и да грубост Ниашеве подлоге утиче на храпавост НГФ-а. Ови резултати показују да се одрастао Планар ФС-НГФ може користити као прекурсорски материјал за графикон (методом пилишта70) или као проводљив канал у соларним ћелија15,16. Супротно томе, БС-НГФ ће се користити за детекцију гаса (Сл. СИ9) и евентуално за систем за складиштење енергије71,72 где ће бити корисна његова храпавост површине.
С обзиром на горе наведено, корисно је комбиновати тренутни рад са претходно објављеним графичким филмовима који се узгајају ЦВД и користећи никл фолију. Као што се може видети у Табели 2, виши притисци које смо користили скраћено је време реакције (фаза раста) чак и на релативно ниске температуре (у опсегу од 850-1300 ° Ц). Такође смо постигли већи раст него иначе, што указује на потенцијал за ширење. Постоје и други фактори који треба узети у обзир, од којих смо укључени у сто.
Двострани висококвалитетни НГФ узгајани су на никл фолији каталитичким ЦВД-ом. Елиминисањем традиционалних полимерних подлога (као што су они који се користе у ЦВД Графен-у) постижемо мокри пренос НГФ-а чисти и дефекту (узгајано на задњој страни и предње стране никла фолије) на различите процесне критичне подлоге. Значајно, НГФ укључује ФЛГ и МЛГ регионе (обично 0,1% на 3% на 100 μм2) који су структурно добро интегрисани у дебљи филм. Планирани тем показује да су ови региони састојали од хрпа од две до три графитне / графичне честице (кристали или слојеви, респективно), од којих неки имају ротацијску неусклађеност од 10-20 °. ФЛГ и МЛГ региони су одговорни за транспарентност ФС-НГФ-а до видљивог светла. Што се тиче задњих листова, могу се носити паралелно са предњим листовима и, као што је приказано, може имати функционалну сврху (на пример, за откривање гаса). Ове студије су веома корисне за смањење отпада и трошкова у процесима ЦВД-а индустријских размера.
Опћенито, просечна дебљина ЦВД НГФ-а налази се између (ниска и вишеслојна) графичке и индустријске (микрометар) графитне листове. Распон њихових занимљивих својстава, у комбинацији са једноставном методом развили смо за њихову производњу и транспорт, чини ове филмове посебно погодне за апликације које захтевају функционалан одговор графита, без трошкова који се тренутно користе енергетски интензивне индустријске производне производње који се тренутно користе.
Никалска фолија дебљине од 25 у μм (99,5% чистоћа, Гоодфеллов) била је инсталирана у комерцијалном ЦВД реактору (Аиктрон 4-инчни БМПРО). Систем је прочишћен аргоном и евакуисан је на базни притисак од 10-3 мбар. Тада је смештена никла фолија. У АР / Х2 (након пре-жарући НИ фолија 5 мин, фолија је била изложена притиску од 500 мБАР на 900 ° Ц. НГФ је депонована у протоку ЦХ4 / Х2 (100 цм3) током 5 мин. Узорак је охлађен на температуру на 40 ° Ц / мин. Детаљи о оптимизацији процеса раста НГФ-а на 40 ° Ц / мин.
Површинска морфологија узорка била је визуализована СЕМ-ом користећи Зеисс Мерлин микроскоп (1 кВ, 50 ПА). Узорак храпавост и дебљина НГФ-а мерена је помоћу АФМ-а (димензија СПМ, Брукер). Тем и САЕД мерења су извршена коришћењем коцкасте микроскопа Феи Титан 80-300 опремљеном великом пољем емисијама за емисије (300 кВ), монохроматором типа Феи Виен-а и ЦЕОС сочива сферног абералног абералног аберације да би се добио коначне резултате. Просторна резолуција 0,09 нм. НГФ узорци су пребачени у бакрене решетке бакрене бакрене бакрене у карбонску кошуљу и анализу структуре Дакле, већина флокова узорка је суспендована у порама подршке мембране. Пренесени НГФ узорци су анализирани КСРД. Рендгенски дифракциони обрасци добијени су помоћу прашкасте дифрактометра (Бруцкер, Д2 фаза, са ЦУ Кα Извор, 1.5418 А и Линкеие детектором) користећи ЦУ зрачење извора са пречником пречника снопа од 3 мм.
Неколико мерења раманске тачке забиљежено је коришћењем интегрисаног конзокалног микроскопа (Алпха 300 РА, Витец). Ласер од 532 Нм са ниском снагом узбуђења (25%) користи се за избегавање термички индукованих ефеката. Рендгенски фотоелектронски спектроскопија (КСПС) је наступио на Кратос Акис Ултра спектрометру преко узорка површине 300 × 700 μм2 коришћењем монохроматског зрачења АЛ Кα (хν = 1486.6 ЕВ) на снази од 150 В. Спектра од 150 В добијено је на енергију преноса од 160 ЕВ и 20 ЕВ, респективно. Узорци НГФ-а прешли су на Сио2 исечени су на комаде (3 × 10 мм2 сваки) користећи ПЛС6МВ (1,06 μм) ласерским на 30 В. Цонтаци бакра (50 уМ дебљине) били су измишљени помоћу сребрне пасте под оптичким микроскопом. Електрични транспорт и експерименте хале извршени су на овим узорцима на 300 К и магнетно теренска варијација од ± 9 Тесла у систему мерења физичких својстава (ППМС Еверцоол-ИИ, квантни дизајн, САД). Пренесени УВ-Вис Спецтра снимљени су коришћењем ЛАМБДА 950 УВ-ВИС спектрофотометра у асортиману 350-800 НМ НГФ пренесен у кварцне подлоге и референтне узорке кварцних.
Сензор хемијске отпорности (интердигативирани чип за електроде) је ожичен у прилагођену штампану плочу од 73 и отпора је екстрахован пролазно. Штампана плоча на којој се налази уређај је повезан са контактним терминалима и смештен је унутар мерења осетљивости на гас 74. Мерења отпорности су узете у напону од 1 В са непрекидним скенирањем из чишћења до изложености гасом и поново се очисти. Дом је у почетку очишћено прочишћавањем азота на 200 цм3 током 1 сата како би се осигурало уклањање свих осталих аналитичара присутних у комори, укључујући влагу. Поједини аналитети су затим полако објављени у Комору на истој протоку од 200 цм3 затварањем Н2 цилиндра.
Објављена је ревидирана верзија овог члана и може се приступити кроз везу на врху чланка.
Инагаки, М. и Канг, Ф. Царбонски материјали Наука и инжењеринг: Основе. Друго издање је уређено. 2014. 542.
Пеарсон, ХО приручник о угљеници, графит, дијамант и фуллеренес: својства, обрада и апликације. Прво издање је уређено. 1994, Нев Јерсеи.
Тсаи, В. и др. Велики простор вишеслојни графички / графитни филмови као прозирне танке проводљиве електроде. Апликација. Физика. Вригхт. 95 (12), 123115 (2009).
ТХЕРМАЛНИХ ИМАЈНИЦА БАЛАНДИНА АА ГРАФФЕНЕ и НАГУСТРУКТУРАТИВНИХ КАРНИХ МАТЕРБОНА. Нат. Матт. 10 (8), 569-581 (2011).
Цхенг КИ, Бровн ПВ и Цахилл ДГ топлотна проводљивост графитних филмова узгајана на Ни (111) ниским таложењем хемијских паре. прислов. Матт. Интерфејс 3, 16 (2016).
Хесједал, Т. Континуирани раст графичких филмова по хемијском таложивању паре. Апликација. Физика. Вригхт. 98 (13), 133106 (2011).
Вријеме поште: авг-23-2024