การสร้างฟิล์มกราไฟต์โปร่งแสงบนนิกเกลและการถ่ายโอนแบบสองทางโดยปราศจากโพลิเมอร์

ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com เบราว์เซอร์ที่คุณใช้อยู่มีการรองรับ CSS ที่จำกัด เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันใหม่กว่า (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าเว็บไซต์จะได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจึงแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีการจัดรูปแบบหรือ JavaScript
ฟิล์มกราไฟต์ระดับนาโน (NGFs) เป็นวัสดุนาโนที่แข็งแรงทนทาน ซึ่งสามารถผลิตได้ด้วยกระบวนการตกตะกอนไอสารเคมีแบบเร่งปฏิกิริยา แต่ยังมีข้อสงสัยเกี่ยวกับความง่ายในการถ่ายโอนและผลกระทบของลักษณะพื้นผิวต่อการใช้งานในอุปกรณ์รุ่นใหม่ ในที่นี้ เราได้รายงานการเจริญเติบโตของ NGF บนทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิลแบบผลึกหลายเหลี่ยม (พื้นที่ 55 ตารางเซนติเมตร ความหนาประมาณ 100 นาโนเมตร) และการถ่ายโอนโดยปราศจากโพลิเมอร์ (ด้านหน้าและด้านหลัง พื้นที่สูงสุด 6 ตารางเซนติเมตร) เนื่องจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาของแผ่นฟอยล์ตัวเร่งปฏิกิริยา ฟิล์มคาร์บอนทั้งสองจึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและลักษณะอื่นๆ ที่แตกต่างกัน (เช่น ความหยาบของพื้นผิว) เราแสดงให้เห็นว่า NGFs ที่มีด้านหลังหยาบกว่านั้นเหมาะสมสำหรับการตรวจจับ NO2 ในขณะที่ NGFs ที่เรียบกว่าและนำไฟฟ้าได้ดีกว่าที่ด้านหน้า (2000 S/cm ความต้านทานแผ่น – 50 โอห์ม/ตารางเมตร) สามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสำหรับช่องสัญญาณหรืออิเล็กโทรดของเซลล์แสงอาทิตย์ (เนื่องจากส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้ 62%) โดยรวมแล้ว กระบวนการเจริญเติบโตและการขนส่งที่อธิบายไว้ข้างต้น อาจช่วยให้ NGF กลายเป็นวัสดุคาร์บอนทางเลือกสำหรับงานด้านเทคโนโลยีที่กราฟีนและฟิล์มกราไฟต์ที่มีความหนาระดับไมครอนไม่เหมาะสม
กราไฟต์เป็นวัสดุอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ที่สำคัญ กราไฟต์มีคุณสมบัติความหนาแน่นมวลค่อนข้างต่ำ มีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าในระนาบสูง และมีความเสถียรมากในสภาพแวดล้อมทางความร้อนและเคมีที่รุนแรง1,2 กราไฟต์แบบเกล็ดเป็นวัสดุเริ่มต้นที่รู้จักกันดีสำหรับการวิจัยกราฟีน3 เมื่อแปรรูปเป็นฟิล์มบาง สามารถนำไปใช้ในงานต่างๆ ได้มากมาย เช่น แผ่นระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน4,5,6,7 เป็นวัสดุที่ใช้งานในเซ็นเซอร์8,9,10 และสำหรับการป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า11,12 และฟิล์มสำหรับลิโทกราฟีในรังสีอัลตราไวโอเลตสุดขั้ว13,14 ช่องทางการนำไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์15,16 สำหรับการใช้งานทั้งหมดนี้ จะเป็นประโยชน์อย่างมากหากสามารถผลิตและขนส่งฟิล์มกราไฟต์ (NGFs) ขนาดใหญ่ที่มีความหนาที่ควบคุมได้ในระดับนาโนเมตร (<100 นาโนเมตร) ได้อย่างง่ายดาย
ฟิล์มกราไฟต์ผลิตขึ้นด้วยวิธีการต่างๆ ในกรณีหนึ่ง การฝังและการขยายตัวตามด้วยการลอกชั้นถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเกล็ดกราฟีน10,11,17 เกล็ดเหล่านี้ต้องได้รับการแปรรูปเพิ่มเติมให้เป็นฟิล์มที่มีความหนาตามต้องการ และมักใช้เวลาหลายวันในการผลิตแผ่นกราไฟต์ที่มีความหนาแน่นสูง อีกแนวทางหนึ่งคือการเริ่มต้นด้วยสารตั้งต้นของแข็งที่สามารถกราไฟต์ได้ ในอุตสาหกรรม แผ่นพอลิเมอร์จะถูกทำให้เป็นคาร์บอน (ที่ 1000–1500 °C) แล้วจึงทำให้เป็นกราไฟต์ (ที่ 2800–3200 °C) เพื่อสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างเป็นชั้นที่ดี แม้ว่าคุณภาพของฟิล์มเหล่านี้จะสูง แต่การใช้พลังงานก็สูงมาก1,18,19 และความหนาขั้นต่ำก็จำกัดอยู่ที่เพียงไม่กี่ไมครอน1,18,19,20
การตกตะกอนไอสารเคมีแบบเร่งปฏิกิริยา (CVD) เป็นวิธีการที่รู้จักกันดีในการผลิตกราฟีนและฟิล์มกราไฟต์บางพิเศษ (<10 นาโนเมตร) ที่มีคุณภาพโครงสร้างสูงและต้นทุนที่สมเหตุสมผล21,22,23,24,25,26,27 อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับการเติบโตของกราฟีนและฟิล์มกราไฟต์บางพิเศษ28 การเติบโตในพื้นที่ขนาดใหญ่และ/หรือการประยุกต์ใช้ NGF โดยใช้ CVD ยังไม่ได้รับการสำรวจมากนัก11,13,29,30,31,32,33
ฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์ที่ปลูกด้วยวิธี CVD มักจำเป็นต้องถ่ายโอนไปยังพื้นผิวที่มีฟังก์ชันการทำงาน34 การถ่ายโอนฟิล์มบางเหล่านี้เกี่ยวข้องกับสองวิธีหลัก35: (1) การถ่ายโอนแบบไม่ใช้การกัด36,37 และ (2) การถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกโดยใช้การกัด (พื้นผิวรองรับ)14,34,38 แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสีย และต้องเลือกตามการใช้งานที่ต้องการ ดังที่ได้อธิบายไว้ในที่อื่น35,39 สำหรับฟิล์มกราฟีน/กราไฟต์ที่ปลูกบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา การถ่ายโอนผ่านกระบวนการทางเคมีแบบเปียก (ซึ่งโพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) เป็นชั้นรองรับที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด) ยังคงเป็นตัวเลือกแรก13,30,34,38,40,41,42 You et al. ได้กล่าวถึงว่าไม่ได้ใช้พอลิเมอร์สำหรับการถ่ายโอน NGF (ขนาดตัวอย่างประมาณ 4 cm2)25,43 แต่ไม่มีรายละเอียดเกี่ยวกับความเสถียรของตัวอย่างและ/หรือการจัดการระหว่างการถ่ายโอน กระบวนการทางเคมีแบบเปียกโดยใช้โพลิเมอร์ประกอบด้วยหลายขั้นตอน รวมถึงการใช้และการกำจัดชั้นโพลิเมอร์ที่ใช้แล้วทิ้ง30,38,40,41,42 กระบวนการนี้มีข้อเสีย เช่น สารตกค้างของโพลิเมอร์อาจเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของฟิล์มที่ปลูกได้38 การประมวลผลเพิ่มเติมสามารถกำจัดโพลิเมอร์ที่ตกค้างได้ แต่ขั้นตอนเพิ่มเติมเหล่านี้จะเพิ่มต้นทุนและเวลาในการผลิตฟิล์ม38,40 ในระหว่างการเติบโตแบบ CVD ชั้นของกราฟีนจะถูกสะสมไม่เพียงแต่บนด้านหน้าของฟอยล์ตัวเร่งปฏิกิริยา (ด้านที่หันเข้าหาการไหลของไอน้ำ) แต่ยังรวมถึงด้านหลังด้วย อย่างไรก็ตาม ด้านหลังถือเป็นของเสียและสามารถกำจัดได้อย่างรวดเร็วด้วยพลาสมาอ่อน38,41 การรีไซเคิลฟิล์มนี้สามารถช่วยเพิ่มผลผลิตให้สูงสุดได้ แม้ว่าจะมีคุณภาพต่ำกว่าฟิล์มคาร์บอนด้านหน้าก็ตาม
ในงานวิจัยนี้ เราได้รายงานการเตรียมแผ่นเวเฟอร์ขนาดเท่าของจริง (Wafer-scale) ที่ปลูกเส้นใยนาโน (NGF) แบบสองด้าน (bifacial growth) ด้วยคุณภาพโครงสร้างสูงบนแผ่นฟอยล์นิกเกิลแบบผลึกหลายเหลี่ยม (polycrystalline nickel foil) โดยใช้กระบวนการ CVD เราได้ประเมินว่าความหยาบของพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของฟอยล์ส่งผลต่อรูปร่างและโครงสร้างของ NGF อย่างไร นอกจากนี้ เรายังได้สาธิตวิธีการถ่ายโอน NGF จากทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิลไปยังพื้นผิวอเนกประสงค์โดยปราศจากโพลิเมอร์ ซึ่งเป็นวิธีที่ประหยัดต้นทุนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และแสดงให้เห็นว่าฟิล์มด้านหน้าและด้านหลังนั้นเหมาะสมสำหรับการใช้งานต่างๆ อย่างไร
ส่วนต่อไปนี้จะกล่าวถึงความหนาของฟิล์มกราไฟต์ที่แตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับจำนวนชั้นของกราฟีนที่ซ้อนกัน: (i) กราฟีนชั้นเดียว (SLG, 1 ชั้น), (ii) กราฟีนไม่กี่ชั้น (FLG, < 10 ชั้น), (iii) กราฟีนหลายชั้น (MLG, 10-30 ชั้น) และ (iv) NGF (~300 ชั้น) ความหนาแบบหลังนี้เป็นความหนาที่พบได้บ่อยที่สุด โดยคิดเป็นเปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ (ประมาณ 97% ของพื้นที่ต่อ 100 µm²)³⁰ ด้วยเหตุนี้ ฟิล์มทั้งหมดจึงเรียกว่า NGF
แผ่นฟอยล์นิกเกิลแบบผลึกหลายเหลี่ยมที่ใช้ในการสังเคราะห์ฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์มีพื้นผิวที่แตกต่างกันอันเป็นผลมาจากการผลิตและการแปรรูปในภายหลัง เราได้รายงานการศึกษาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเจริญเติบโตของ NGF30 เมื่อเร็วๆ นี้ เราแสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์ของกระบวนการ เช่น เวลาในการอบและแรงดันในห้องระหว่างขั้นตอนการเจริญเติบโตมีบทบาทสำคัญในการได้ NGF ที่มีความหนาสม่ำเสมอ ในที่นี้ เราได้ตรวจสอบการเจริญเติบโตของ NGF บนพื้นผิวด้านหน้าขัดเงา (FS) และด้านหลังไม่ขัดเงา (BS) ของแผ่นฟอยล์นิกเกิลเพิ่มเติม (รูปที่ 1a) ตัวอย่าง FS และ BS สามประเภทได้รับการตรวจสอบ ซึ่งแสดงอยู่ในตารางที่ 1 จากการตรวจสอบด้วยสายตา การเจริญเติบโตที่สม่ำเสมอของ NGF บนทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิล (NiAG) สามารถสังเกตได้จากการเปลี่ยนแปลงสีของพื้นผิว Ni จากสีเทาเงินโลหะที่เป็นลักษณะเฉพาะไปเป็นสีเทาด้าน (รูปที่ 1a) การวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์ยืนยันแล้ว (รูปที่ 1b, c) สเปกตรัม Raman ทั่วไปของ FS-NGF ที่สังเกตได้ในบริเวณสว่างและระบุด้วยลูกศรสีแดง สีน้ำเงิน และสีส้มในรูปที่ 1b แสดงในรูปที่ 1c ยอดพีครามานลักษณะเฉพาะของกราไฟต์ G (1683 cm−1) และ 2D (2696 cm−1) ยืนยันการเจริญเติบโตของ NGF ที่มีผลึกสูง (รูปที่ 1c, ตาราง SI1) ตลอดทั้งฟิล์ม พบว่าสเปกตรัมครามานที่มีอัตราส่วนความเข้ม (I2D/IG) ~0.3 มีอยู่มาก ในขณะที่สเปกตรัมครามานที่มี I2D/IG = 0.8 พบได้น้อยมาก การไม่มีพีคที่บกพร่อง (D = 1350 cm-1) ในฟิล์มทั้งหมดบ่งชี้ถึงคุณภาพสูงของการเจริญเติบโตของ NGF ผลลัพธ์ครามานที่คล้ายกันนี้ได้จากตัวอย่าง BS-NGF (รูปที่ SI1 a และ b, ตาราง SI1)
การเปรียบเทียบ NiAG FS- และ BS-NGF: (a) ภาพถ่ายตัวอย่าง NGF (NiAG) ทั่วไปที่แสดงการเจริญเติบโตของ NGF ในระดับเวเฟอร์ (55 cm2) และตัวอย่างฟอยล์ BS- และ FS-Ni ที่ได้ (b) ภาพ FS-NGF/Ni ที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (c) สเปกตรัมรามานทั่วไปที่บันทึกไว้ในตำแหน่งต่างๆ ในภาพ b (d, f) ภาพ SEM ที่กำลังขยายต่างกันของ FS-NGF/Ni (e, g) ภาพ SEM ที่กำลังขยายต่างกันของชุด BS-NGF/Ni ลูกศรสีน้ำเงินชี้ไปยังบริเวณ FLG ลูกศรสีส้มชี้ไปยังบริเวณ MLG (ใกล้กับบริเวณ FLG) ลูกศรสีแดงชี้ไปยังบริเวณ NGF และลูกศรสีม่วงแดงชี้ไปยังรอยพับ
เนื่องจากการเจริญเติบโตขึ้นอยู่กับความหนาของพื้นผิวเริ่มต้น ขนาดผลึก การวางแนว และขอบเขตของเกรน การควบคุมความหนาของ NGF ในพื้นที่ขนาดใหญ่ให้ได้ตามต้องการจึงยังคงเป็นความท้าทาย20,34,44 การศึกษานี้ใช้เนื้อหาที่เราเคยตีพิมพ์ไว้ก่อนหน้านี้30 กระบวนการนี้สร้างบริเวณสว่างขนาด 0.1 ถึง 3% ต่อ 100 µm230 ในส่วนต่อไปนี้ เราจะนำเสนอผลลัพธ์สำหรับบริเวณทั้งสองประเภท ภาพ SEM ที่ขยายสูงแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของบริเวณที่มีความคมชัดสว่างหลายแห่งทั้งสองด้าน (รูปที่ 1f,g) ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของบริเวณ FLG และ MLG30,45 สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการกระเจิงรามาน (รูปที่ 1c) และผลลัพธ์ TEM (จะกล่าวถึงในภายหลังในส่วน “FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ”) บริเวณ FLG และ MLG ที่สังเกตได้ในตัวอย่าง FS- และ BS-NGF/Ni (NGF ด้านหน้าและด้านหลังที่ปลูกบน Ni) อาจเติบโตบนเกรน Ni(111) ขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างการอบก่อน22,30,45 สังเกตเห็นการพับที่ทั้งสองด้าน (รูปที่ 1b ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีม่วง) รอยพับเหล่านี้มักพบในฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์ที่ปลูกด้วยวิธี CVD เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างกราไฟต์และพื้นผิวของนิกเกล30,38
ภาพ AFM ยืนยันว่าตัวอย่าง FS-NGF มีความเรียบกว่าตัวอย่าง BS-NGF (รูปที่ SI1) (รูปที่ SI2) ค่าความขรุขระเฉลี่ยกำลังสอง (RMS) ของ FS-NGF/Ni (รูปที่ SI2c) และ BS-NGF/Ni (รูปที่ SI2d) คือ 82 และ 200 นาโนเมตร ตามลำดับ (วัดบนพื้นที่ 20 × 20 μm²) ความขรุขระที่สูงขึ้นสามารถเข้าใจได้จากการวิเคราะห์พื้นผิวของแผ่นฟอยล์นิกเกล (NiAR) ในสภาพที่ได้รับมา (รูปที่ SI3) ภาพ SEM ของ FS และ BS-NiAR แสดงในรูปที่ SI3a–d ซึ่งแสดงให้เห็นถึงลักษณะพื้นผิวที่แตกต่างกัน: แผ่นฟอยล์ FS-Ni ที่ขัดเงาแล้วมีอนุภาคทรงกลมขนาดนาโนและไมครอน ในขณะที่แผ่นฟอยล์ BS-Ni ที่ไม่ได้ขัดเงาแสดงให้เห็นถึงลักษณะคล้ายขั้นบันไดของการผลิต โดยมีอนุภาคที่มีความแข็งแรงสูงและลดลง ภาพความละเอียดต่ำและสูงของแผ่นฟอยล์นิกเกิลอบอ่อน (NiA) แสดงอยู่ในรูปที่ SI3e–h ในรูปเหล่านี้ เราสามารถสังเกตเห็นอนุภาคนิกเกิลขนาดไมครอนหลายอนุภาคบนทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิล (รูปที่ SI3e–h) เม็ดขนาดใหญ่อาจมีการวางแนวพื้นผิว Ni(111) ดังที่ได้รายงานไว้ก่อนหน้านี้30,46 มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในลักษณะทางสัณฐานวิทยาของแผ่นฟอยล์นิกเกิลระหว่าง FS-NiA และ BS-NiA ความหยาบที่สูงกว่าของ BS-NGF/Ni เกิดจากพื้นผิวที่ไม่ได้รับการขัดเงาของ BS-NiAR ซึ่งพื้นผิวยังคงหยาบอย่างมากแม้หลังจากการอบอ่อน (รูปที่ SI3) การกำหนดลักษณะพื้นผิวประเภทนี้ก่อนกระบวนการเจริญเติบโตช่วยให้สามารถควบคุมความหยาบของฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์ได้ ควรสังเกตว่าพื้นผิวเดิมมีการจัดเรียงเม็ดใหม่บางส่วนในระหว่างการเจริญเติบโตของกราฟีน ซึ่งทำให้ขนาดเม็ดลดลงเล็กน้อยและเพิ่มความหยาบของพื้นผิวของพื้นผิวเล็กน้อยเมื่อเทียบกับฟอยล์อบอ่อนและฟิล์มตัวเร่งปฏิกิริยา22
การปรับแต่งความหยาบของพื้นผิวของวัสดุรองรับ เวลาในการอบ (ขนาดเกรน)30,47 และการควบคุมการปล่อย43 จะช่วยลดความสม่ำเสมอของความหนาของ NGF ในแต่ละบริเวณให้เหลือระดับ µm2 และ/หรือแม้แต่ nm2 (เช่น ความแปรผันของความหนาเพียงไม่กี่นาโนเมตร) เพื่อควบคุมความหยาบของพื้นผิวของวัสดุรองรับ สามารถพิจารณาวิธีการต่างๆ เช่น การขัดเงาด้วยไฟฟ้าของแผ่นฟอยล์นิกเกิลที่ได้48 จากนั้นแผ่นฟอยล์นิกเกิลที่ผ่านการเตรียมการแล้วสามารถอบที่อุณหภูมิต่ำกว่า (< 900 °C)46 และเวลาน้อยกว่า (< 5 นาที) เพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของเกรน Ni(111) ขนาดใหญ่ (ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเติบโตของ FLG)
กราฟีน SLG และ FLG ไม่สามารถทนต่อแรงตึงผิวของกรดและน้ำได้ จึงต้องใช้ชั้นรองรับเชิงกลในระหว่างกระบวนการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียก22,34,38 ในทางตรงกันข้ามกับการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกของกราฟีนชั้นเดียวที่รองรับด้วยพอลิเมอร์38 เราพบว่าทั้งสองด้านของ NGF ที่ปลูกขึ้นสามารถถ่ายโอนได้โดยไม่ต้องใช้พอลิเมอร์รองรับ ดังแสดงในรูปที่ 2a (ดูรูป SI4a สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม) การถ่ายโอน NGF ไปยังพื้นผิวที่กำหนดเริ่มต้นด้วยการกัดแบบเปียกของฟิล์ม Ni30.49 ที่อยู่ด้านล่าง ตัวอย่าง NGF/Ni/NGF ที่ปลูกขึ้นจะถูกแช่ค้างคืนใน HNO3 70% ปริมาตร 15 มล. ที่เจือจางด้วยน้ำปราศจากไอออน (DI) 600 มล. หลังจากที่ฟอยล์ Ni ละลายหมดแล้ว FS-NGF จะยังคงแบนราบและลอยอยู่บนพื้นผิวของของเหลว เช่นเดียวกับตัวอย่าง NGF/Ni/NGF ในขณะที่ BS-NGF จมอยู่ในน้ำ (รูปที่ 2a,b) จากนั้นจึงย้าย NGF ที่แยกได้จากบีกเกอร์หนึ่งที่บรรจุน้ำปราศจากไอออนสะอาดไปยังบีกเกอร์อีกใบหนึ่ง และล้าง NGF ที่แยกได้ให้สะอาดหมดจด โดยทำซ้ำสี่ถึงหกครั้งผ่านจานแก้วเว้า สุดท้าย นำ FS-NGF และ BS-NGF ไปวางบนพื้นผิวที่ต้องการ (รูปที่ 2c)
กระบวนการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกโดยปราศจากพอลิเมอร์สำหรับ NGF ที่ปลูกบนแผ่นฟอยล์นิกเกิล: (a) แผนผังกระบวนการ (ดูรูป SI4 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม) (b) ภาพถ่ายดิจิทัลของ NGF ที่แยกออกจากกันหลังจากกัดนิกเกิล (2 ตัวอย่าง) (c) ตัวอย่างการถ่ายโอน FS-NGF และ BS-NGF ไปยังพื้นผิว SiO2/Si (d) การถ่ายโอน FS-NGF ไปยังพื้นผิวพอลิเมอร์ทึบแสง (e) BS-NGF จากตัวอย่างเดียวกันกับในภาพ d (แบ่งออกเป็นสองส่วน) ถ่ายโอนไปยังกระดาษ C ชุบทองและ Nafion (พื้นผิวโปร่งใสยืดหยุ่น ขอบทำเครื่องหมายด้วยมุมสีแดง)
โปรดทราบว่าการถ่ายโอน SLG ที่ดำเนินการโดยใช้วิธีการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกต้องใช้เวลาในการประมวลผลทั้งหมด 20–24 ชั่วโมง 38 ด้วยเทคนิคการถ่ายโอนแบบปราศจากโพลิเมอร์ที่แสดงไว้ในที่นี้ (รูปที่ SI4a) เวลาในการประมวลผลการถ่ายโอน NGF โดยรวมจะลดลงอย่างมาก (ประมาณ 15 ชั่วโมง) กระบวนการประกอบด้วย: (ขั้นตอนที่ 1) เตรียมสารละลายกัดกร่อนและวางตัวอย่างลงในสารละลาย (~10 นาที) จากนั้นรอข้ามคืนเพื่อกัดกร่อน Ni (~7200 นาที) (ขั้นตอนที่ 2) ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน (ขั้นตอนที่ 3) เก็บในน้ำปราศจากไอออนหรือถ่ายโอนไปยังพื้นผิวเป้าหมาย (20 นาที) น้ำที่ติดอยู่ระหว่าง NGF และเมทริกซ์หลักจะถูกกำจัดออกโดยแรงดึงดูดของเส้นเลือดฝอย (โดยใช้กระดาษซับ)38 จากนั้นหยดน้ำที่เหลือจะถูกกำจัดออกโดยการทำให้แห้งตามธรรมชาติ (ประมาณ 30 นาที) และสุดท้ายตัวอย่างจะถูกทำให้แห้งเป็นเวลา 10 นาทีในเตาอบสุญญากาศ (10–1 mbar) ที่อุณหภูมิ 50–90 °C (60 นาที) 38
กราไฟต์เป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถทนต่อการมีอยู่ของน้ำและอากาศที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง (≥ 200 °C)50,51,52 เราได้ทดสอบตัวอย่างโดยใช้สเปกโทรสโกปีรามาน, SEM และ XRD หลังจากเก็บรักษาในน้ำปราศจากไอออนที่อุณหภูมิห้องและในขวดปิดผนึกเป็นเวลาตั้งแต่ไม่กี่วันถึงหนึ่งปี (รูปที่ SI4) ไม่พบการเสื่อมสภาพที่สังเกตได้ รูปที่ 2c แสดง FS-NGF และ BS-NGF ที่ตั้งอิสระในน้ำปราศจากไอออน เราได้จับภาพพวกมันบนพื้นผิว SiO2 (300 nm)/Si ดังแสดงในตอนต้นของรูปที่ 2c นอกจากนี้ ดังแสดงในรูปที่ 2d,e NGF ที่ต่อเนื่องสามารถถ่ายโอนไปยังพื้นผิวต่างๆ เช่น โพลิเมอร์ (Thermabright polyamide จาก Nexolve และ Nafion) และกระดาษคาร์บอนเคลือบทอง FS-NGF ที่ลอยอยู่สามารถวางบนพื้นผิวเป้าหมายได้อย่างง่ายดาย (รูปที่ 2c, d) อย่างไรก็ตาม ตัวอย่าง BS-NGF ที่มีขนาดใหญ่กว่า 3 ตารางเซนติเมตรนั้นยากต่อการจัดการเมื่อจุ่มลงในน้ำอย่างสมบูรณ์ โดยปกติแล้ว เมื่อตัวอย่างเริ่มกลิ้งในน้ำ เนื่องจากการจัดการที่ไม่ระมัดระวัง บางครั้งตัวอย่างอาจแตกออกเป็นสองหรือสามส่วน (รูปที่ 2e) โดยรวมแล้ว เราสามารถถ่ายโอน PS- และ BS-NGF โดยปราศจากพอลิเมอร์ (การถ่ายโอนแบบต่อเนื่องไร้รอยต่อโดยไม่มีการเจริญเติบโตของ NGF/Ni/NGF ที่ 6 ตารางเซนติเมตร) สำหรับตัวอย่างที่มีพื้นที่สูงสุด 6 และ 3 ตารางเซนติเมตร ตามลำดับ ชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือเล็กที่เหลืออยู่สามารถ (มองเห็นได้ง่ายในสารละลายกัดกร่อนหรือน้ำปราศจากไอออน) ไปยังพื้นผิวที่ต้องการ (~1 ตารางมิลลิเมตร รูปที่ SI4b ดูตัวอย่างที่ถ่ายโอนไปยังตะแกรงทองแดงดังใน “FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ (กล่าวถึง) ภายใต้ “โครงสร้างและคุณสมบัติ”) หรือเก็บไว้ใช้ในอนาคต (รูปที่ SI4) จากเกณฑ์นี้ เราคาดว่า NGF สามารถกู้คืนได้ในอัตราผลผลิตสูงถึง 98-99% (หลังจากการเจริญเติบโตเพื่อการถ่ายโอน)
ตัวอย่างที่ถ่ายโอนโดยไม่มีพอลิเมอร์ได้รับการวิเคราะห์อย่างละเอียด ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ได้จาก FS- และ BS-NGF/SiO2/Si (รูปที่ 2c) โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (OM) และภาพ SEM (รูปที่ SI5 และรูปที่ 3) แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างเหล่านี้ถูกถ่ายโอนโดยไม่มีกล้องจุลทรรศน์ ความเสียหายทางโครงสร้างที่มองเห็นได้ เช่น รอยแตก รู หรือบริเวณที่คลี่ออก รอยพับบน NGF ที่กำลังเติบโต (รูปที่ 3b, d ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีม่วง) ยังคงอยู่ครบถ้วนหลังจากการถ่ายโอน ทั้ง FS- และ BS-NGF ประกอบด้วยบริเวณ FLG (บริเวณสว่างที่ระบุด้วยลูกศรสีน้ำเงินในรูปที่ 3) ที่น่าประหลาดใจคือ เมื่อเปรียบเทียบกับบริเวณที่เสียหายเพียงเล็กน้อยที่มักพบเห็นระหว่างการถ่ายโอนพอลิเมอร์ของฟิล์มกราไฟต์บางเฉียบ บริเวณ FLG และ MLG ขนาดไมครอนหลายแห่งที่เชื่อมต่อกับ NGF (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงินในรูปที่ 3d) ถูกถ่ายโอนโดยไม่มีรอยแตกหรือรอยหัก (รูปที่ 3d) 3) ความสมบูรณ์เชิงกลได้รับการยืนยันเพิ่มเติมโดยใช้ภาพ TEM และ SEM ของ NGF ที่ถ่ายโอนลงบนตะแกรงทองแดงคาร์บอนแบบลูกไม้ ดังที่กล่าวไว้ในภายหลัง (“FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ”) BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอนนั้นมีความหยาบกว่า FS-NGF/SiO2/Si โดยมีค่า rms เท่ากับ 140 นาโนเมตร และ 17 นาโนเมตร ตามลำดับ ดังแสดงในรูปที่ SI6a และ b (20 × 20 μm²) ค่า RMS ของ NGF ที่ถ่ายโอนลงบนพื้นผิว SiO2/Si (RMS < 2 นาโนเมตร) นั้นต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 3 เท่า) เมื่อเทียบกับ NGF ที่เติบโตบน Ni (รูปที่ SI2) ซึ่งบ่งชี้ว่าความหยาบที่เพิ่มขึ้นอาจสอดคล้องกับพื้นผิว Ni นอกจากนี้ ภาพ AFM ที่ถ่ายบนขอบของตัวอย่าง FS- และ BS-NGF/SiO2/Si แสดงให้เห็นความหนาของ NGF ที่ 100 และ 80 นาโนเมตร ตามลำดับ (รูปที่ SI7) ความหนาที่น้อยกว่าของ BS-NGF อาจเป็นผลมาจากการที่พื้นผิวไม่ได้สัมผัสกับก๊าซตั้งต้นโดยตรง
การถ่ายโอน NGF (NiAG) ที่ไม่มีพอลิเมอร์บนเวเฟอร์ SiO2/Si (ดูรูปที่ 2c): (a,b) ภาพ SEM ของ FS-NGF ที่ถ่ายโอน: กำลังขยายต่ำและสูง (ตรงกับกรอบสี่เหลี่ยมสีส้มในภาพ) พื้นที่ทั่วไป) – a) (c,d) ภาพ SEM ของ BS-NGF ที่ถ่ายโอน: กำลังขยายต่ำและสูง (ตรงกับพื้นที่ทั่วไปที่แสดงด้วยกรอบสี่เหลี่ยมสีส้มในภาพ c) (e, f) ภาพ AFM ของ FS- และ BS-NGF ที่ถ่ายโอน ลูกศรสีน้ำเงินแสดงถึงบริเวณ FLG – ความคมชัดสูง ลูกศรสีฟ้าแสดงถึงความคมชัดสีดำของ MLG ลูกศรสีแดงแสดงถึงความคมชัดสีดำของบริเวณ NGF ลูกศรสีม่วงแดงแสดงถึงรอยพับ
วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของ FS- และ BS-NGF ที่ปลูกและถ่ายโอนโดยใช้สเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนเอ็กซ์เรย์ (XPS) (รูปที่ 4) พบยอดพีคที่อ่อนในสเปกตรัมที่วัดได้ (รูปที่ 4a, b) ซึ่งสอดคล้องกับพื้นผิว Ni (850 eV) ของ FS- และ BS-NGF ที่ปลูก (NiAG) ไม่พบยอดพีคในสเปกตรัมที่วัดได้ของ FS- และ BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอนแล้ว (รูปที่ 4c; ไม่ได้แสดงผลลัพธ์ที่คล้ายกันสำหรับ BS-NGF/SiO2/Si) ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีการปนเปื้อนของ Ni เหลืออยู่หลังการถ่ายโอน รูปที่ 4d–f แสดงสเปกตรัมความละเอียดสูงของระดับพลังงาน C 1s, O 1s และ Si 2p ของ FS-NGF/SiO2/Si พลังงานพันธะของ C 1s ของกราไฟต์คือ 284.4 eV53.54 โดยทั่วไปแล้วรูปร่างเชิงเส้นของยอดกราไฟต์ถือว่าไม่สมมาตร ดังแสดงในรูปที่ 4d54 สเปกตรัมระดับแกน C 1s ความละเอียดสูง (รูปที่ 4d) ยังยืนยันการถ่ายโอนที่บริสุทธิ์ (เช่น ไม่มีสารตกค้างของพอลิเมอร์) ซึ่งสอดคล้องกับการศึกษาก่อนหน้านี้38 ความกว้างของเส้นสเปกตรัม C 1s ของตัวอย่างที่ปลูกใหม่ (NiAG) และหลังการถ่ายโอนคือ 0.55 และ 0.62 eV ตามลำดับ ค่าเหล่านี้สูงกว่าค่าของ SLG (0.49 eV สำหรับ SLG บนพื้นผิว SiO2)38 อย่างไรก็ตาม ค่าเหล่านี้เล็กกว่าความกว้างของเส้นที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้สำหรับตัวอย่างกราฟีนไพโรไลติกที่มีการจัดเรียงตัวสูง (~0.75 eV)53,54,55 ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีตำแหน่งคาร์บอนที่บกพร่องในวัสดุปัจจุบัน สเปกตรัมระดับพื้น C 1s และ O 1s ยังขาดไหล่ ทำให้ไม่จำเป็นต้องแยกยอดความละเอียดสูง54 มีพีคดาวเทียม π → π* อยู่บริเวณ 291.1 eV ซึ่งมักพบในตัวอย่างกราไฟต์ สัญญาณ 103 eV และ 532.5 eV ในสเปกตรัมระดับแกน Si 2p และ O 1s (ดูรูปที่ 4e, f) เกิดจากพื้นผิว SiO2 56 ตามลำดับ XPS เป็นเทคนิคที่ไวต่อพื้นผิว ดังนั้นสัญญาณที่สอดคล้องกับ Ni และ SiO2 ที่ตรวจพบก่อนและหลังการถ่ายโอน NGF ตามลำดับ จึงสันนิษฐานว่ามาจากบริเวณ FLG ผลลัพธ์ที่คล้ายกันนี้พบในตัวอย่าง BS-NGF ที่ถ่ายโอนแล้ว (ไม่ได้แสดงไว้)
ผลการวิเคราะห์ XPS ของ NiAG: (ac) สเปกตรัมโดยรวมขององค์ประกอบอะตอมของธาตุต่างๆ ใน ​​FS-NGF/Ni ที่ปลูก, BS-NGF/Ni และ FS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอน ตามลำดับ (d–f) สเปกตรัมความละเอียดสูงของระดับแกนกลาง C 1s, O 1s และ Si 2p ของตัวอย่าง FS-NGF/SiO2/Si
คุณภาพโดยรวมของผลึก NGF ที่ถ่ายโอนได้รับการประเมินโดยใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) รูปแบบ XRD ทั่วไป (รูปที่ SI8) ของ FS- และ BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอนแสดงให้เห็นถึงการปรากฏของยอดการเลี้ยวเบน (0 0 0 2) และ (0 0 0 4) ที่ 26.6° และ 54.7° คล้ายกับกราไฟต์ สิ่งนี้ยืนยันคุณภาพผลึกสูงของ NGF และสอดคล้องกับระยะห่างระหว่างชั้น d = 0.335 nm ซึ่งยังคงอยู่หลังจากขั้นตอนการถ่ายโอน ความเข้มของยอดการเลี้ยวเบน (0 0 0 2) มีค่าประมาณ 30 เท่าของยอดการเลี้ยวเบน (0 0 0 4) ซึ่งบ่งชี้ว่าระนาบผลึก NGF เรียงตัวได้ดีกับพื้นผิวของตัวอย่าง
จากผลการวิเคราะห์ด้วย SEM, Raman spectroscopy, XPS และ XRD พบว่าคุณภาพของ BS-NGF/Ni เหมือนกับ FS-NGF/Ni แม้ว่าค่าความขรุขระ rms จะสูงกว่าเล็กน้อย (รูปที่ SI2, SI5 และ SI7)
SLG ที่มีชั้นรองรับโพลีเมอร์หนาถึง 200 นาโนเมตรสามารถลอยบนน้ำได้ การจัดเรียงแบบนี้มักใช้ในกระบวนการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกโดยใช้โพลีเมอร์ช่วย22,38 กราฟีนและกราไฟต์มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ (มุมเปียก 80–90°) 57 มีรายงานว่าพื้นผิวพลังงานศักย์ของทั้งกราฟีนและ FLG ค่อนข้างเรียบ โดยมีพลังงานศักย์ต่ำ (~1 kJ/mol) สำหรับการเคลื่อนที่ด้านข้างของน้ำที่พื้นผิว58 อย่างไรก็ตาม พลังงานปฏิสัมพันธ์ที่คำนวณได้ของน้ำกับกราฟีนและกราฟีนสามชั้นนั้นมีค่าประมาณ − 13 และ − 15 kJ/mol58 ตามลำดับ ซึ่งบ่งชี้ว่าปฏิสัมพันธ์ของน้ำกับ NGF (ประมาณ 300 ชั้น) นั้นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับกราฟีน นี่อาจเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ NGF ที่ลอยตัวอิสระยังคงเรียบอยู่บนผิวน้ำ ในขณะที่กราฟีนที่ลอยตัวอิสระ (ซึ่งลอยอยู่ในน้ำ) จะม้วนงอและแตกตัว เมื่อ NGF จุ่มลงในน้ำอย่างสมบูรณ์ (ผลลัพธ์เหมือนกันทั้ง NGF แบบหยาบและแบบเรียบ) ขอบของมันจะงอ (รูปที่ SI4) ในกรณีที่จุ่มลงในน้ำอย่างสมบูรณ์ คาดว่าพลังงานปฏิสัมพันธ์ระหว่าง NGF กับน้ำจะเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่า (เมื่อเทียบกับ NGF ที่ลอยอยู่) และขอบของ NGF จะพับเพื่อรักษามุมสัมผัสที่สูง (คุณสมบัติไม่ชอบน้ำ) เราเชื่อว่าสามารถพัฒนากลยุทธ์เพื่อหลีกเลี่ยงการม้วนงอของขอบของ NGF ที่ฝังอยู่ได้ วิธีหนึ่งคือการใช้ตัวทำละลายผสมเพื่อปรับปฏิกิริยาการเปียกของฟิล์มกราไฟต์59
การถ่ายโอน SLG ไปยังพื้นผิวประเภทต่างๆ ผ่านกระบวนการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกได้รับการรายงานไว้ก่อนหน้านี้แล้ว โดยทั่วไปเป็นที่ยอมรับกันว่ามีแรงแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอระหว่างฟิล์มกราฟีน/กราไฟต์และพื้นผิว (ไม่ว่าจะเป็นพื้นผิวแข็ง เช่น SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, เสา Si22 และฟิล์มคาร์บอนแบบตาข่าย30, 34 หรือพื้นผิวที่ยืดหยุ่น เช่น โพลีอิไมด์ 37) ในที่นี้เราสันนิษฐานว่าปฏิกิริยาประเภทเดียวกันนี้เป็นหลัก เราไม่พบความเสียหายหรือการลอกของ NGF สำหรับพื้นผิวใดๆ ที่นำเสนอในที่นี้ระหว่างการจัดการทางกล (ระหว่างการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะภายใต้สภาวะสุญญากาศและ/หรือสภาวะบรรยากาศ หรือระหว่างการจัดเก็บ) (เช่น รูปที่ 2, SI7 และ SI9) นอกจากนี้ เราไม่พบพีค SiC ในสเปกตรัม XPS C 1s ของระดับแกนกลางของตัวอย่าง NGF/SiO2/Si (รูปที่ 4) ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าไม่มีพันธะเคมีระหว่าง NGF และพื้นผิวเป้าหมาย
ในหัวข้อก่อนหน้านี้ “การถ่ายโอน FS- และ BS-NGF โดยปราศจากพอลิเมอร์” เราได้แสดงให้เห็นว่า NGF สามารถเจริญเติบโตและถ่ายโอนบนแผ่นฟอยล์นิกเกิลได้ทั้งสองด้าน FS-NGF และ BS-NGF เหล่านี้มีลักษณะความหยาบของพื้นผิวไม่เหมือนกัน ซึ่งกระตุ้นให้เราสำรวจหาการใช้งานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละประเภท
เนื่องจาก FS-NGF มีความโปร่งใสและพื้นผิวเรียบกว่า เราจึงศึกษาโครงสร้างเฉพาะที่ คุณสมบัติทางแสง และคุณสมบัติทางไฟฟ้าอย่างละเอียดมากขึ้น โครงสร้างและโครงสร้างของ FS-NGF ที่ไม่มีการถ่ายโอนพอลิเมอร์นั้นถูกตรวจสอบโดยการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) และการวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนในพื้นที่ที่เลือก (SAED) ผลลัพธ์ที่ได้แสดงในรูปที่ 5 การถ่ายภาพ TEM แบบระนาบที่กำลังขยายต่ำเผยให้เห็นการมีอยู่ของบริเวณ NGF และ FLG ที่มีลักษณะความแตกต่างของความคมชัดของอิเล็กตรอน กล่าวคือ บริเวณที่มืดกว่าและสว่างกว่าตามลำดับ (รูปที่ 5a) โดยรวมแล้วฟิล์มแสดงให้เห็นถึงความสมบูรณ์และความเสถียรทางกลที่ดีระหว่างบริเวณต่างๆ ของ NGF และ FLG โดยมีการทับซ้อนที่ดีและไม่มีความเสียหายหรือการฉีกขาด ซึ่งได้รับการยืนยันโดย SEM (รูปที่ 3) และการศึกษา TEM ที่กำลังขยายสูง (รูปที่ 5c-e) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปที่ 5d แสดงโครงสร้างสะพานที่ส่วนที่ใหญ่ที่สุด (ตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรจุดสีดำในรูปที่ 5d) ซึ่งมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมและประกอบด้วยชั้นกราฟีนที่มีความกว้างประมาณ 51 ไมโครเมตร องค์ประกอบที่มีระยะห่างระหว่างระนาบ 0.33 ± 0.01 นาโนเมตร จะลดลงเหลือเพียงชั้นกราฟีนหลายชั้นในบริเวณที่แคบที่สุด (ปลายลูกศรสีดำทึบในรูปที่ 5 ง)
ภาพ TEM แบบระนาบของตัวอย่าง NiAG ที่ปราศจากพอลิเมอร์บนตะแกรงทองแดงลายตาข่ายคาร์บอน: (a, b) ภาพ TEM กำลังขยายต่ำรวมถึงบริเวณ NGF และ FLG (c) ภาพกำลังขยายสูงของบริเวณต่างๆ ในแผง a และแผง b ที่ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีเดียวกัน ลูกศรสีเขียวในแผง a และ c แสดงพื้นที่วงกลมที่เสียหายระหว่างการปรับแนวลำแสง (f–i) ในแผง a ถึง c รูปแบบ SAED ในบริเวณต่างๆ แสดงด้วยวงกลมสีน้ำเงิน สีฟ้า สีส้ม และสีแดง ตามลำดับ
โครงสร้างริบบิ้นในรูปที่ 5c แสดงให้เห็น (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีแดง) การวางตัวในแนวตั้งของระนาบแลตติสกราไฟต์ ซึ่งอาจเกิดจากการก่อตัวของนาโนโฟลด์ตามแนวฟิล์ม (ภาพแทรกในรูปที่ 5c) เนื่องมาจากความเค้นเฉือนที่ไม่ได้รับการชดเชยมากเกินไป30,61,62 ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านความละเอียดสูง นาโนโฟลด์เหล่านี้ 30 แสดงการวางตัวทางผลึกศาสตร์ที่แตกต่างจากบริเวณ NGF ส่วนที่เหลือ ระนาบฐานของแลตติสกราไฟต์วางตัวเกือบเป็นแนวตั้ง แทนที่จะเป็นแนวนอนเหมือนส่วนที่เหลือของฟิล์ม (ภาพแทรกในรูปที่ 5c) ในทำนองเดียวกัน บริเวณ FLG บางครั้งแสดงรอยพับแบบเส้นตรงและแคบคล้ายแถบ (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงิน) ซึ่งปรากฏที่กำลังขยายต่ำและปานกลางในรูปที่ 5b และ 5e ตามลำดับ ภาพแทรกในรูปที่ 5e ยืนยันการมีอยู่ของชั้นกราฟีนสองและสามชั้นในส่วน FLG (ระยะห่างระหว่างระนาบ 0.33 ± 0.01 นาโนเมตร) ซึ่งสอดคล้องกับผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ของเรา30 นอกจากนี้ ภาพ SEM ที่บันทึกไว้ของ NGF ที่ปราศจากพอลิเมอร์ซึ่งถ่ายโอนไปยังตะแกรงทองแดงที่มีฟิล์มคาร์บอนแบบตาข่าย (หลังจากทำการวัด TEM แบบมองจากด้านบน) แสดงอยู่ในรูปที่ SI9 บริเวณ FLG ที่แขวนลอยได้ดี (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงิน) และบริเวณที่แตกหักในรูปที่ SI9f ลูกศรสีน้ำเงิน (ที่ขอบของ NGF ที่ถ่ายโอน) ถูกนำเสนอโดยเจตนาเพื่อแสดงให้เห็นว่าบริเวณ FLG สามารถต้านทานกระบวนการถ่ายโอนได้โดยไม่ต้องใช้พอลิเมอร์ โดยสรุปแล้ว ภาพเหล่านี้ยืนยันว่า NGF ที่แขวนลอยบางส่วน (รวมถึงบริเวณ FLG) ยังคงรักษาความสมบูรณ์ทางกลไว้ได้แม้หลังจากการจัดการอย่างเข้มงวดและการสัมผัสกับสุญญากาศสูงในระหว่างการวัด TEM และ SEM (รูปที่ SI9)
เนื่องจากความเรียบที่ยอดเยี่ยมของ NGF (ดูรูปที่ 5a) จึงไม่ยากที่จะวางแนวเกล็ดตามแกนโดเมน [0001] เพื่อวิเคราะห์โครงสร้าง SAED ขึ้นอยู่กับความหนาเฉพาะที่ของฟิล์มและตำแหน่ง ได้มีการระบุบริเวณที่น่าสนใจหลายแห่ง (12 จุด) สำหรับการศึกษาการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน ในรูปที่ 5a–c แสดงบริเวณทั่วไปสี่แห่งเหล่านี้และทำเครื่องหมายด้วยวงกลมสี (สีน้ำเงิน สีฟ้า สีส้ม และสีแดง) รูปที่ 2 และ 3 สำหรับโหมด SAED รูปที่ 5f และ g ได้มาจากบริเวณ FLG ที่แสดงในรูปที่ 5 และ 5 ตามลำดับ ดังแสดงในรูปที่ 5b และ c พวกมันมีโครงสร้างหกเหลี่ยมคล้ายกับกราฟีนบิด63 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง รูปที่ 5f แสดงรูปแบบที่ซ้อนทับกันสามแบบที่มีทิศทางเดียวกันของแกนโซน [0001] หมุนไป 10° และ 20° ดังที่เห็นได้จากความไม่ตรงกันเชิงมุมของการสะท้อนสามคู่ของ (10-10) ในทำนองเดียวกัน รูปที่ 5g แสดงรูปแบบหกเหลี่ยมที่ซ้อนทับกันสองแบบซึ่งหมุนไป 20° รูปแบบหกเหลี่ยมสองหรือสามกลุ่มในบริเวณ FLG อาจเกิดขึ้นจากชั้นกราฟีนสามชั้นที่อยู่ในระนาบหรือนอกระนาบ 33 ที่หมุนสัมพันธ์กัน ในทางตรงกันข้าม รูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนในรูปที่ 5h,i (ซึ่งสอดคล้องกับบริเวณ NGF ที่แสดงในรูปที่ 5a) แสดงรูปแบบ [0001] เพียงรูปแบบเดียวที่มีความเข้มของการเลี้ยวเบนของจุดโดยรวมสูงกว่า ซึ่งสอดคล้องกับความหนาของวัสดุที่มากกว่า แบบจำลอง SAED เหล่านี้สอดคล้องกับโครงสร้างกราไฟต์ที่หนากว่าและการวางแนวระดับกลางมากกว่า FLG ดังที่อนุมานได้จากดัชนี 64 การวิเคราะห์คุณสมบัติของผลึกของ NGF เผยให้เห็นการอยู่ร่วมกันของผลึกกราไฟต์ (หรือกราฟีน) ที่ซ้อนทับกันสองหรือสามผลึก สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษในบริเวณ FLG คือผลึกเหล่านี้มีการวางแนวที่ไม่ตรงกันในระนาบหรือนอกระนาบในระดับหนึ่ง ก่อนหน้านี้มีการรายงานอนุภาค/ชั้นกราไฟต์ที่มีมุมการหมุนในระนาบ 17°, 22° และ 25° สำหรับ NGF ที่ปลูกบนฟิล์ม Ni 64 ค่ามุมการหมุนที่สังเกตได้ในงานวิจัยนี้สอดคล้องกับมุมการหมุนที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้ (±1°) สำหรับกราฟีน BLG63 ที่บิดงอ
ได้ทำการวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของ NGF/SiO2/Si ที่อุณหภูมิ 300 K บนพื้นที่ 10×3 mm2 ค่าความเข้มข้นของตัวนำอิเล็กตรอน ความคล่องตัว และการนำไฟฟ้า มีค่าเท่ากับ 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 และ 2000 S-cm-1 ตามลำดับ ค่าความคล่องตัวและการนำไฟฟ้าของ NGF ของเรามีค่าใกล้เคียงกับกราไฟต์ธรรมชาติ2 และสูงกว่ากราไฟต์ไพโรไลติกที่มีการจัดเรียงตัวสูงที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ (ผลิตที่อุณหภูมิ 3000 °C)29 ค่าความเข้มข้นของตัวนำอิเล็กตรอนที่สังเกตได้นั้นสูงกว่าค่าที่รายงานเมื่อเร็วๆ นี้ (7.25 × 10 cm-3) สำหรับฟิล์มกราไฟต์หนาไมครอนที่เตรียมโดยใช้แผ่นโพลีอิไมด์อุณหภูมิสูง (3200 °C) ถึงสองอันดับของขนาด20
นอกจากนี้ เรายังทำการวัดค่าการส่งผ่านแสงยูวี-วิสิเบิลของ FS-NGF ที่ถ่ายโอนไปยังพื้นผิวควอตซ์ (รูปที่ 6) สเปกตรัมที่ได้แสดงให้เห็นค่าการส่งผ่านแสงที่เกือบคงที่ที่ 62% ในช่วง 350–800 นาโนเมตร ซึ่งบ่งชี้ว่า NGF โปร่งแสงต่อแสงที่มองเห็นได้ อันที่จริง ชื่อ “KAUST” สามารถมองเห็นได้ในภาพถ่ายดิจิทัลของตัวอย่างในรูปที่ 6b แม้ว่าโครงสร้างนาโนคริสตัลไลน์ของ NGF จะแตกต่างจาก SLG แต่จำนวนชั้นสามารถประมาณได้คร่าวๆ โดยใช้กฎการสูญเสียการส่งผ่านแสง 2.3% ต่อชั้นเพิ่มเติม65 ตามความสัมพันธ์นี้ จำนวนชั้นกราฟีนที่มีการสูญเสียการส่งผ่านแสง 38% คือ 21 NGF ที่ปลูกขึ้นส่วนใหญ่ประกอบด้วยชั้นกราฟีน 300 ชั้น กล่าวคือมีความหนาประมาณ 100 นาโนเมตร (รูปที่ 1, SI5 และ SI7) ดังนั้น เราจึงสันนิษฐานว่าความโปร่งใสทางแสงที่สังเกตได้นั้นสอดคล้องกับบริเวณ FLG และ MLG เนื่องจากมีการกระจายอยู่ทั่วฟิล์ม (รูปที่ 1, 3, 5 และ 6c) นอกเหนือจากข้อมูลโครงสร้างข้างต้นแล้ว ค่าการนำไฟฟ้าและความโปร่งใสยังยืนยันถึงคุณภาพผลึกสูงของ NGF ที่ถ่ายโอนมาอีกด้วย
(a) การวัดค่าการส่งผ่านแสงยูวี-วิสิเบิล (b) การถ่ายโอน NGF ทั่วไปบนควอตซ์โดยใช้ตัวอย่างที่เป็นตัวแทน (c) แผนภาพของ NGF (กรอบสีดำ) ที่มีบริเวณ FLG และ MLG กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอซึ่งทำเครื่องหมายเป็นรูปทรงสุ่มสีเทาทั่วทั้งตัวอย่าง (ดูรูปที่ 1) (พื้นที่ประมาณ 0.1–3% ต่อ 100 μm²) รูปทรงสุ่มและขนาดของรูปทรงในแผนภาพนี้ใช้เพื่อประกอบการอธิบายเท่านั้นและไม่ตรงกับพื้นที่จริง
ก่อนหน้านี้ NGF ที่โปร่งแสงซึ่งปลูกโดย CVD ได้ถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวซิลิคอนเปล่าและใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์แล้ว15,16 ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน (PCE) ที่ได้คือ 1.5% NGF เหล่านี้ทำหน้าที่หลายอย่าง เช่น ชั้นสารประกอบที่ใช้งานได้ เส้นทางการขนส่งประจุ และอิเล็กโทรดโปร่งใส15,16 อย่างไรก็ตาม ฟิล์มกราไฟต์ไม่สม่ำเสมอ จำเป็นต้องมีการปรับปรุงเพิ่มเติมโดยการควบคุมความต้านทานแผ่นและการส่งผ่านแสงของอิเล็กโทรดกราไฟต์อย่างระมัดระวัง เนื่องจากคุณสมบัติทั้งสองนี้มีบทบาทสำคัญในการกำหนดค่า PCE ของเซลล์แสงอาทิตย์15,16 โดยทั่วไป ฟิล์มกราฟีนมีความโปร่งใสต่อแสงที่มองเห็นได้ 97.7% แต่มีความต้านทานแผ่น 200–3000 โอห์ม/ตร.ม.16 ความต้านทานพื้นผิวของฟิล์มกราฟีนสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มจำนวนชั้น (การถ่ายโอนชั้นกราฟีนหลายชั้น) และการเจือด้วย HNO3 (~30 โอห์ม/ตร.ม.)66 อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ใช้เวลานานและชั้นการถ่ายโอนที่แตกต่างกันไม่ได้รักษาการสัมผัสที่ดีเสมอไป NGF ด้านหน้าของเรามีคุณสมบัติ เช่น การนำไฟฟ้า 2000 S/cm ความต้านทานแผ่นฟิล์ม 50 โอห์ม/ตร.ม. และความโปร่งใส 62% ทำให้เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับช่องทางการนำไฟฟ้าหรือขั้วไฟฟ้าตรงข้ามในเซลล์แสงอาทิตย์15,16
แม้ว่าโครงสร้างและเคมีพื้นผิวของ BS-NGF จะคล้ายกับ FS-NGF แต่ความหยาบของมันแตกต่างกัน (“การเติบโตของ FS- และ BS-NGF”) ก่อนหน้านี้ เราเคยใช้กราไฟต์ฟิล์มบางพิเศษ22 เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซ ดังนั้น เราจึงทดสอบความเป็นไปได้ในการใช้ BS-NGF สำหรับงานตรวจจับก๊าซ (รูปที่ SI10) ขั้นแรก ส่วนของ BS-NGF ขนาด mm2 ถูกถ่ายโอนไปยังชิปเซ็นเซอร์อิเล็กโทรดแบบสลับซ้อน (รูปที่ SI10a-c) รายละเอียดการผลิตของชิปได้รับการรายงานไว้ก่อนหน้านี้แล้ว พื้นที่ไวต่อการตรวจจับที่ใช้งานได้คือ 9 mm267 ในภาพ SEM (รูปที่ SI10b และ c) อิเล็กโทรดทองคำที่อยู่ด้านล่างสามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจนผ่าน NGF อีกครั้ง จะเห็นได้ว่าการเคลือบชิปมีความสม่ำเสมอในทุกตัวอย่าง การวัดเซ็นเซอร์ก๊าซของก๊าซต่างๆ ถูกบันทึกไว้ (รูปที่ SI10d) (รูปที่ SI11) และอัตราการตอบสนองที่ได้แสดงในรูปที่ SI10g อาจเกิดจากก๊าซรบกวนอื่นๆ เช่น SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) และ NH3 (200 ppm) สาเหตุหนึ่งที่เป็นไปได้คือ NO2 ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรฟิล^22,68 เมื่อถูกดูดซับบนพื้นผิวของกราฟีน จะทำให้การดูดซับอิเล็กตรอนของระบบลดลง ตาราง SI2 แสดงการเปรียบเทียบข้อมูลเวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์ BS-NGF กับเซ็นเซอร์ที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ กลไกในการกระตุ้นเซ็นเซอร์ NGF ใหม่โดยใช้พลาสมา UV, พลาสมา O3 หรือการบำบัดด้วยความร้อน (50–150°C) ของตัวอย่างที่สัมผัสกำลังดำเนินการอยู่ โดยในอุดมคติแล้วจะตามมาด้วยการนำระบบฝังตัวมาใช้⁶⁹
ในระหว่างกระบวนการ CVD การเจริญเติบโตของกราฟีนเกิดขึ้นบนทั้งสองด้านของพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา41 อย่างไรก็ตาม BS-กราฟีนมักจะถูกขับออกไปในระหว่างกระบวนการถ่ายโอน41 ในการศึกษานี้ เราแสดงให้เห็นว่าการเจริญเติบโตของ NGF คุณภาพสูงและการถ่ายโอน NGF ที่ปราศจากพอลิเมอร์สามารถทำได้บนทั้งสองด้านของตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา BS-NGF มีความบางกว่า (~80 นาโนเมตร) เมื่อเทียบกับ FS-NGF (~100 นาโนเมตร) และความแตกต่างนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า BS-Ni ไม่ได้สัมผัสกับกระแสแก๊สตั้งต้นโดยตรง นอกจากนี้เรายังพบว่าความหยาบของพื้นผิว NiAR มีอิทธิพลต่อความหยาบของ NGF ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่า FS-NGF แบบระนาบที่เจริญเติบโตแล้วสามารถใช้เป็นวัสดุตั้งต้นสำหรับกราฟีน (โดยวิธีการลอกชั้น70) หรือเป็นช่องทางนำไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์15,16 ในทางตรงกันข้าม BS-NGF จะถูกนำไปใช้สำหรับการตรวจจับแก๊ส (รูปที่ SI9) และอาจใช้สำหรับระบบจัดเก็บพลังงาน71,72 ซึ่งความหยาบของพื้นผิวจะมีประโยชน์
เมื่อพิจารณาจากข้างต้นแล้ว การนำงานวิจัยปัจจุบันมาผนวกรวมกับงานวิจัยก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการปลูกฟิล์มกราไฟต์ด้วยวิธี CVD โดยใช้แผ่นฟอยล์นิกเกิลนั้นเป็นประโยชน์ ดังที่แสดงในตารางที่ 2 ความดันที่สูงขึ้นที่เราใช้ช่วยลดเวลาในการเกิดปฏิกิริยา (ขั้นตอนการเจริญเติบโต) แม้ในอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำ (ในช่วง 850–1300 °C) นอกจากนี้เรายังได้อัตราการเจริญเติบโตที่มากกว่าปกติ ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการขยายผล ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ต้องพิจารณา ซึ่งบางส่วนเราได้รวมไว้ในตารางแล้ว
แผ่นกราฟีนนาโนแบบสองด้านคุณภาพสูง (NGF) ถูกปลูกบนแผ่นฟอยล์นิกเกิลโดยวิธี CVD แบบเร่งปฏิกิริยา โดยการกำจัดพื้นผิวพอลิเมอร์แบบดั้งเดิม (เช่นที่ใช้ในกราฟีน CVD) เราสามารถถ่ายโอน NGF (ที่ปลูกบนด้านหลังและด้านหน้าของแผ่นฟอยล์นิกเกิล) ไปยังพื้นผิวที่สำคัญต่อกระบวนการผลิตต่างๆ ได้อย่างสะอาดและปราศจากข้อบกพร่อง ที่น่าสังเกตคือ NGF ประกอบด้วยบริเวณ FLG และ MLG (โดยทั่วไป 0.1% ถึง 3% ต่อ 100 µm²) ซึ่งผสานรวมเข้ากับฟิล์มที่หนากว่าได้อย่างดี ภาพ TEM แบบระนาบแสดงให้เห็นว่าบริเวณเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคกราไฟต์/กราฟีน (ผลึกหรือชั้น ตามลำดับ) เรียงซ้อนกันสองถึงสามชั้น ซึ่งบางส่วนมีการไม่ตรงกันของการหมุน 10–20° บริเวณ FLG และ MLG เป็นสาเหตุที่ทำให้ FS-NGF โปร่งใสต่อแสงที่มองเห็นได้ ส่วนแผ่นด้านหลังนั้น สามารถวางขนานกับแผ่นด้านหน้าได้ และดังที่แสดงไว้ สามารถมีวัตถุประสงค์ในการใช้งานได้ (ตัวอย่างเช่น สำหรับการตรวจจับก๊าซ) การศึกษาเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในการลดของเสียและต้นทุนในกระบวนการ CVD ระดับอุตสาหกรรม
โดยทั่วไป ความหนาเฉลี่ยของ CVD NGF อยู่ระหว่างกราฟีน (แบบชั้นเดียวและหลายชั้น) และแผ่นกราไฟต์อุตสาหกรรม (ระดับไมโครเมตร) คุณสมบัติที่น่าสนใจหลากหลายประการของฟิล์มเหล่านี้ ประกอบกับวิธีการผลิตและการขนส่งที่เรียบง่ายที่เราพัฒนาขึ้น ทำให้ฟิล์มเหล่านี้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับงานที่ต้องการการตอบสนองเชิงฟังก์ชันของกราไฟต์ โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงจากกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน
แผ่นฟอยล์นิกเกิลหนา 25 ไมโครเมตร (ความบริสุทธิ์ 99.5% Goodfellow) ถูกติดตั้งในเครื่องปฏิกรณ์ CVD เชิงพาณิชย์ (Aixtron 4-inch BMPro) ระบบถูกไล่ด้วยอาร์กอนและดูดอากาศออกจนถึงความดันพื้นฐาน 10-3 มิลลิบาร์ จากนั้นวางแผ่นฟอยล์นิกเกิลใน Ar/H2 (หลังจากอบอ่อนแผ่นฟอยล์ Ni เป็นเวลา 5 นาที แผ่นฟอยล์จะถูกทำให้สัมผัสกับความดัน 500 มิลลิบาร์ที่ 900 °C) NGF ถูกตกตะกอนในกระแส CH4/H2 (100 cm3 แต่ละส่วน) เป็นเวลา 5 นาที จากนั้นตัวอย่างจะถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำกว่า 700 °C โดยใช้กระแส Ar (4000 cm3) ที่ 40 °C/นาที รายละเอียดเกี่ยวกับการปรับกระบวนการเจริญเติบโตของ NGF ให้เหมาะสมที่สุดมีอธิบายไว้ในที่อื่น30
ลักษณะพื้นผิวของตัวอย่างถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA) ความหยาบของพื้นผิวตัวอย่างและความหนาของ NGF ถูกวัดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) (Dimension Icon SPM, Bruker) การวัด TEM และ SAED ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ FEI Titan 80–300 Cubed ที่ติดตั้งปืนปล่อยอิเล็กตรอนความสว่างสูง (300 kV) โมโนโครมาเตอร์แบบ FEI Wien และตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนทรงกลมของเลนส์ CEOS เพื่อให้ได้ผลลัพธ์สุดท้ายที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่ 0.09 nm ตัวอย่าง NGF ถูกถ่ายโอนไปยังตะแกรงทองแดงเคลือบด้วยคาร์บอนแบบตาข่ายสำหรับการถ่ายภาพ TEM แบบแบนและการวิเคราะห์โครงสร้าง SAED ดังนั้น ตะกอนตัวอย่างส่วนใหญ่จึงแขวนลอยอยู่ในรูพรุนของเยื่อรองรับ ตัวอย่าง NGF ที่ถ่ายโอนแล้วได้รับการวิเคราะห์โดย XRD รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ได้มาจากการใช้เครื่องวัดการเลี้ยวเบนของผง (Brucker, D2 phase shifter พร้อมแหล่งกำเนิด Cu Kα, 1.5418 Å และตัวตรวจจับ LYNXEYE) โดยใช้แหล่งกำเนิดรังสี Cu ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง 3 มม.
มีการบันทึกการวัดจุดรามานหลายจุดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลแบบรวมสัญญาณ (Alpha 300 RA, WITeC) ใช้เลเซอร์ 532 นาโนเมตรที่มีกำลังกระตุ้นต่ำ (25%) เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เกิดจากความร้อน ทำการวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนเอ็กซ์เรย์ (XPS) โดยใช้เครื่องสเปกโทรเมตร Kratos Axis Ultra บนพื้นที่ตัวอย่าง 300 × 700 μm² โดยใช้รังสี Al Kα แบบโมโนโครมาติก (hν = 1486.6 eV) ที่กำลังไฟ 150 W ได้สเปกตรัมความละเอียดที่พลังงานการส่งผ่าน 160 eV และ 20 eV ตามลำดับ ตัวอย่าง NGF ที่ถ่ายโอนลงบน SiO₂ ถูกตัดเป็นชิ้น (ขนาด 3 × 10 mm² แต่ละชิ้น) โดยใช้เลเซอร์ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียม PLS6MW (1.06 μm) ที่กำลังไฟ 30 W สร้างหน้าสัมผัสลวดทองแดง (หนา 50 μm) โดยใช้สารละลายเงินภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอล การทดลองเกี่ยวกับการนำไฟฟ้าและปรากฏการณ์ฮอลล์ได้ดำเนินการกับตัวอย่างเหล่านี้ที่อุณหภูมิ 300 K และสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ± 9 เทสลา ในระบบวัดคุณสมบัติทางกายภาพ (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA) สเปกตรัม UV-vis ที่ส่งผ่านได้ถูกบันทึกโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ UV-vis รุ่น Lambda 950 ในช่วง NGF 350–800 nm ถ่ายโอนไปยังพื้นผิวควอตซ์และตัวอย่างอ้างอิงควอตซ์
เซนเซอร์วัดความต้านทานทางเคมี (ชิปอิเล็กโทรดแบบสลับซ้อน) ถูกต่อสายเข้ากับแผงวงจรพิมพ์แบบกำหนดเอง 73 และวัดค่าความต้านทานแบบชั่วคราว แผงวงจรพิมพ์ที่ติดตั้งอุปกรณ์นี้เชื่อมต่อกับขั้วต่อและวางไว้ภายในห้องตรวจจับก๊าซ 74 ทำการวัดความต้านทานที่แรงดัน 1 V โดยทำการสแกนอย่างต่อเนื่องตั้งแต่การไล่ก๊าซไปจนถึงการสัมผัสกับก๊าซ แล้วจึงไล่ก๊าซอีกครั้ง ในขั้นต้น ห้องตรวจจับถูกทำความสะอาดโดยการไล่ก๊าซด้วยไนโตรเจนที่ปริมาตร 200 cm³ เป็นเวลา 1 ชั่วโมง เพื่อให้แน่ใจว่าได้กำจัดสารวิเคราะห์อื่นๆ ที่มีอยู่ในห้องทั้งหมด รวมถึงความชื้น จากนั้นจึงค่อยๆ ปล่อยสารวิเคราะห์แต่ละชนิดเข้าไปในห้องด้วยอัตราการไหล 200 cm³ เท่าเดิม โดยการปิดกระบอกไนโตรเจน
บทความฉบับปรับปรุงใหม่ได้ถูกเผยแพร่แล้ว และสามารถเข้าถึงได้ผ่านลิงก์ที่อยู่ด้านบนของบทความ
Inagaki, M. และ Kang, F. วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุคาร์บอน: พื้นฐาน. ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง. 2014. 542.
Pearson, HO Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes: Properties, Processing and Applications. ฉบับพิมพ์ครั้งแรกได้รับการแก้ไขแล้ว 1994, นิวเจอร์ซีย์
Tsai, W. และคณะ ฟิล์มกราฟีน/กราไฟต์หลายชั้นพื้นที่ขนาดใหญ่เป็นอิเล็กโทรดนำไฟฟ้าบางโปร่งใส การประยุกต์ใช้ฟิสิกส์ Wright. 95(12), 123115(2009)
Balandin AA คุณสมบัติทางความร้อนของกราฟีนและวัสดุคาร์บอนที่มีโครงสร้างระดับนาโน Nat. Matt. 10(8), 569–581 (2011)
Cheng KY, Brown PW และ Cahill DG การนำความร้อนของฟิล์มกราไฟต์ที่ปลูกบน Ni (111) โดยการตกตะกอนไอสารเคมีที่อุณหภูมิต่ำ adverb. Matt. Interface 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. การเติบโตอย่างต่อเนื่องของฟิล์มกราฟีนโดยการตกตะกอนไอสารเคมี การประยุกต์ใช้ฟิสิกส์ Wright. 98(13), 133106(2011).