การสร้างฟิล์มกราไฟต์โปร่งแสงบน Ni และการถ่ายโอนแบบสองทางที่ปราศจากโพลีเมอร์

ขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.com เบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS ที่จำกัด เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันใหม่กว่า (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าการสนับสนุนจะดำเนินต่อไป เราจึงแสดงเว็บไซต์โดยไม่ใช้การออกแบบหรือ JavaScript
ฟิล์มกราไฟต์ระดับนาโน (NGF) เป็นวัสดุนาโนที่มีความแข็งแรงทนทาน สามารถผลิตได้โดยการสะสมไอเคมีด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ยังคงมีคำถามเกี่ยวกับความสะดวกในการถ่ายโอน และลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ส่งผลต่อการใช้งานในอุปกรณ์รุ่นต่อไป ในบทความนี้ เราได้รายงานการเติบโตของ NGF บนทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิลโพลีคริสตัลไลน์ (พื้นที่ 55 ตารางเซนติเมตร ความหนาประมาณ 100 นาโนเมตร) และการถ่ายโอนแบบปราศจากพอลิเมอร์ (ด้านหน้าและด้านหลัง พื้นที่สูงสุด 6 ตารางเซนติเมตร) เนื่องจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาของแผ่นฟอยล์ตัวเร่งปฏิกิริยา ฟิล์มคาร์บอนทั้งสองชนิดนี้จึงมีคุณสมบัติทางกายภาพและลักษณะอื่นๆ ที่แตกต่างกัน (เช่น ความหยาบของพื้นผิว) เราแสดงให้เห็นว่า NGF ที่มีด้านหลังที่หยาบกว่านั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับ NO2 ในขณะที่ NGF ที่เรียบกว่าและนำไฟฟ้าได้มากกว่าที่ด้านหน้า (2000 S/cm, ความต้านทานแผ่น – 50 โอห์ม/ตารางเมตร) สามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพได้ ช่องสัญญาณหรืออิเล็กโทรดของเซลล์แสงอาทิตย์ (เนื่องจากส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้ 62%) โดยรวมแล้ว กระบวนการเจริญเติบโตและการขนส่งที่อธิบายไว้อาจช่วยให้ NGF กลายเป็นวัสดุคาร์บอนทางเลือกสำหรับการใช้งานด้านเทคโนโลยีในกรณีที่กราฟีนและฟิล์มกราไฟท์ที่มีความหนาระดับไมครอนไม่เหมาะสม
กราไฟต์เป็นวัสดุอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กราไฟต์มีคุณสมบัติความหนาแน่นมวลค่อนข้างต่ำและมีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าในระนาบสูง และมีความเสถียรสูงในสภาพแวดล้อมทางความร้อนและสารเคมีที่รุนแรง1,2 กราไฟต์แบบเกล็ดเป็นวัสดุตั้งต้นที่รู้จักกันดีสำหรับการวิจัยกราฟีน3 เมื่อแปรรูปเป็นฟิล์มบาง สามารถนำไปใช้งานได้อย่างหลากหลาย รวมถึงฮีตซิงก์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน4,5,6,7 เป็นวัสดุแอคทีฟในเซ็นเซอร์8,9,10 และสำหรับการป้องกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า11,12 และฟิล์มสำหรับการพิมพ์หินภายใต้สภาวะรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง13,14 และช่องนำไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์15,16 สำหรับการใช้งานทั้งหมดนี้ จะเป็นประโยชน์อย่างมากหากสามารถผลิตและขนส่งฟิล์มกราไฟต์ (NGF) ขนาดใหญ่ที่มีความหนาควบคุมได้ในระดับนาโนเมตรน้อยกว่า 100 นาโนเมตรได้อย่างง่ายดาย
ฟิล์มกราไฟต์ผลิตได้หลายวิธี ในกรณีหนึ่ง ใช้วิธีฝังตัวและขยายตัวตามด้วยการลอกออกเพื่อผลิตเกล็ดกราฟีน10,11,17 เกล็ดเหล่านี้ต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติมให้เป็นฟิล์มที่มีความหนาตามต้องการ ซึ่งมักใช้เวลาหลายวันกว่าจะได้แผ่นกราไฟต์ที่มีความหนาแน่นสูง อีกวิธีหนึ่งคือการเริ่มต้นด้วยสารตั้งต้นของของแข็งที่ละลายในกราไฟต์ได้ ในอุตสาหกรรม แผ่นพอลิเมอร์จะถูกคาร์บอไนซ์ (ที่อุณหภูมิ 1,000–1,500 องศาเซลเซียส) แล้วจึงนำไปกราไฟท์ (ที่อุณหภูมิ 2,800–3,200 องศาเซลเซียส) เพื่อสร้างวัสดุเป็นชั้นที่มีโครงสร้างที่ดี แม้ว่าคุณภาพของฟิล์มเหล่านี้จะสูง แต่การใช้พลังงานก็มีความสำคัญ1,18,19 และความหนาขั้นต่ำจำกัดอยู่ที่ไม่กี่ไมครอน1,18,19,20
การสะสมไอเคมีเชิงเร่งปฏิกิริยา (CVD) เป็นวิธีที่รู้จักกันดีในการผลิตฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์บางเฉียบ (<10 นาโนเมตร) ที่มีคุณภาพเชิงโครงสร้างสูงและมีต้นทุนที่เหมาะสม21,22,23,24,25,26,27 อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับการเติบโตของฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์บางเฉียบ28 การเติบโตและ/หรือการประยุกต์ใช้ NGF ในพื้นที่ขนาดใหญ่โดยใช้ CVD กลับมีการศึกษาน้อยกว่า11,13,29,30,31,32,33
ฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์ที่ปลูกด้วย CVD มักจำเป็นต้องถ่ายโอนไปยังวัสดุรองรับที่ใช้งานได้34 การถ่ายโอนฟิล์มบางเหล่านี้มีสองวิธีหลัก35 ได้แก่ (1) การถ่ายโอนแบบไม่กัดกร่อน36,37 และ (2) การถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียกโดยใช้สารเคมีกัดกร่อน (รองรับด้วยวัสดุรองรับ)14,34,38 แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสีย และต้องเลือกขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน ดังที่ได้อธิบายไว้ในที่อื่น35,39 สำหรับฟิล์มกราฟีน/กราไฟต์ที่ปลูกบนวัสดุรองรับแบบเร่งปฏิกิริยา การถ่ายโอนผ่านกระบวนการทางเคมีแบบเปียก (ซึ่งโพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) เป็นชั้นรองรับที่ใช้กันมากที่สุด) ยังคงเป็นตัวเลือกแรก13,30,34,38,40,41,42 คุณและคณะ ได้กล่าวไว้ว่าไม่มีการใช้พอลิเมอร์สำหรับการถ่ายโอน NGF (ขนาดตัวอย่างประมาณ 4 ตารางเซนติเมตร)25,43 แต่ไม่มีรายละเอียดเกี่ยวกับความเสถียรของตัวอย่างและ/หรือการจัดการระหว่างการถ่ายโอน กระบวนการเคมีแบบเปียกที่ใช้พอลิเมอร์ประกอบด้วยหลายขั้นตอน ซึ่งรวมถึงการใช้และการกำจัดชั้นพอลิเมอร์เสียสละในภายหลัง30,38,40,41,42 กระบวนการนี้มีข้อเสีย เช่น เศษพอลิเมอร์อาจเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของฟิล์มที่ปลูก38 กระบวนการเพิ่มเติมสามารถกำจัดพอลิเมอร์ที่เหลือได้ แต่ขั้นตอนเพิ่มเติมเหล่านี้จะเพิ่มต้นทุนและเวลาในการผลิตฟิล์ม38,40 ในระหว่างการเจริญเติบโตของ CVD ชั้นของกราฟีนจะถูกสะสมไม่เพียงแต่ที่ด้านหน้าของฟอยล์ตัวเร่งปฏิกิริยา (ด้านที่หันเข้าหากระแสไอน้ำ) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงด้านหลังด้วย อย่างไรก็ตาม ด้านหลังถือเป็นของเสียและสามารถกำจัดออกได้อย่างรวดเร็วด้วยพลาสมาอ่อน38,41 การรีไซเคิลฟิล์มนี้สามารถช่วยเพิ่มผลผลิตสูงสุดได้ แม้ว่าจะมีคุณภาพต่ำกว่าฟิล์มคาร์บอนที่เคลือบผิวหน้าก็ตาม
ในบทความนี้ เรารายงานการเตรียมการเจริญเติบโตของ NGF แบบ bifacial ในระดับเวเฟอร์ที่มีคุณภาพโครงสร้างสูงบนแผ่นฟอยล์นิกเกิลโพลีคริสตัลไลน์ด้วยวิธี CVD ได้มีการประเมินว่าความหยาบของพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของแผ่นฟอยล์ส่งผลต่อสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของ NGF อย่างไร นอกจากนี้ เรายังสาธิตการถ่ายโอน NGF จากทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิลไปยังวัสดุรองรับอเนกประสงค์ที่ประหยัดต้นทุนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และแสดงให้เห็นว่าฟิล์มด้านหน้าและด้านหลังมีความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่หลากหลายอย่างไร
หัวข้อต่อไปนี้จะกล่าวถึงความหนาของฟิล์มกราไฟต์ที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับจำนวนชั้นกราฟีนที่ซ้อนกัน: (i) กราฟีนชั้นเดียว (SLG, 1 ชั้น), (ii) กราฟีนหลายชั้น (FLG, < 10 ชั้น), (iii) กราฟีนหลายชั้น (MLG, 10-30 ชั้น) และ (iv) NGF (~300 ชั้น) ความหนาหลังนี้เป็นความหนาที่พบมากที่สุด ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ (ประมาณ 97% ของพื้นที่ต่อ 100 ไมโครเมตร)30 ด้วยเหตุนี้ ฟิล์มทั้งหมดจึงถูกเรียกง่ายๆ ว่า NGF
แผ่นฟอยล์นิกเกิลโพลีคริสตัลไลน์ที่ใช้สำหรับสังเคราะห์ฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์มีเนื้อสัมผัสที่แตกต่างกันอันเป็นผลมาจากการผลิตและกระบวนการแปรรูปที่ตามมา เมื่อไม่นานมานี้ เราได้รายงานผลการศึกษาเพื่อปรับปรุงกระบวนการเจริญเติบโตของ NGF30 ให้เหมาะสมที่สุด พบว่าพารามิเตอร์ของกระบวนการ เช่น เวลาในการอบอ่อนและความดันในห้องระหว่างขั้นตอนการเจริญเติบโตมีบทบาทสำคัญในการทำให้ได้ NGF ที่มีความหนาสม่ำเสมอ ในที่นี้ เราได้ศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเจริญเติบโตของ NGF บนพื้นผิวด้านหน้าที่ขัดเงา (FS) และด้านหลังที่ยังไม่ได้ขัดเงา (BS) ของแผ่นฟอยล์นิกเกิล (รูปที่ 1a) โดยได้ตรวจสอบตัวอย่าง FS และ BS สามประเภท ดังแสดงในตารางที่ 1 เมื่อตรวจสอบด้วยสายตา พบว่าการเจริญเติบโตของ NGF อย่างสม่ำเสมอทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิล (NiAG) สามารถมองเห็นได้จากการเปลี่ยนแปลงสีของสารตั้งต้น Ni จำนวนมาก จากสีเทาเงินเมทัลลิกที่มีลักษณะเฉพาะเป็นสีเทาด้าน (รูปที่ 1a) ได้รับการยืนยันด้วยกล้องจุลทรรศน์ (รูปที่ 1b, c) สเปกตรัมรามานทั่วไปของ FS-NGF ที่พบในบริเวณสว่าง ซึ่งแสดงด้วยลูกศรสีแดง สีน้ำเงิน และสีส้มในรูปที่ 1b แสดงในรูปที่ 1c พีครามานลักษณะเฉพาะของกราไฟต์ G (1683 ซม. -1) และ 2D (2696 ซม. -1) ยืนยันการเติบโตของ NGF ที่มีผลึกสูง (รูปที่ 1c, ตาราง SI1) ตลอดทั้งฟิล์ม พบสเปกตรัมรามานที่มีอัตราส่วนความเข้ม (I2D/IG) ประมาณ 0.3 ส่วนสเปกตรัมรามานที่มีอัตราส่วนความเข้ม I2D/IG = 0.8 พบได้น้อยมาก การไม่มีพีคที่บกพร่อง (D = 1350 ซม. -1) ในฟิล์มทั้งหมด บ่งชี้ถึงคุณภาพของการเติบโตของ NGF ที่สูง ผลรามานที่คล้ายคลึงกันนี้พบในตัวอย่าง BS-NGF (รูปที่ SI1 a และ b, ตาราง SI1)
การเปรียบเทียบ NiAG FS- และ BS-NGF: (ก) ภาพถ่ายตัวอย่าง NGF (NiAG) ทั่วไปที่แสดงการเจริญเติบโตของ NGF ที่ระดับเวเฟอร์ (55 ตารางเซนติเมตร) และตัวอย่างฟอยล์ BS- และ FS-Ni ที่ได้ (ข) ภาพ FS-NGF/Ni ที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (ค) สเปกตรัมรามานทั่วไปที่บันทึกในตำแหน่งต่างๆ บนแผง b (ง, ฉ) ภาพ SEM ที่กำลังขยายต่างกันบน FS-NGF/Ni (จ, ช) ภาพ SEM ที่กำลังขยายต่างกัน ตั้งค่า BS-NGF/Ni ลูกศรสีน้ำเงินแสดงบริเวณ FLG ลูกศรสีส้มแสดงบริเวณ MLG (ใกล้บริเวณ FLG) ลูกศรสีแดงแสดงบริเวณ NGF และลูกศรสีม่วงแดงแสดงรอยพับ
เนื่องจากการเจริญเติบโตขึ้นอยู่กับความหนาของสารตั้งต้นเริ่มต้น ขนาดผลึก ทิศทาง และขอบเกรน การควบคุมความหนาของ NGF ให้เหมาะสมในพื้นที่ขนาดใหญ่จึงยังคงเป็นความท้าทาย20,34,44 การศึกษานี้ใช้เนื้อหาที่เราเคยเผยแพร่ไปแล้ว30 กระบวนการนี้สร้างบริเวณที่สว่าง 0.1 ถึง 3% ต่อ 100 µm230 ในส่วนต่อไปนี้ เราจะนำเสนอผลการศึกษาสำหรับบริเวณทั้งสองประเภท ภาพ SEM ขยายสูงแสดงให้เห็นบริเวณที่มีคอนทราสต์สว่างหลายบริเวณทั้งสองด้าน (รูปที่ 1f, g) ซึ่งบ่งชี้ว่ามีบริเวณ FLG และ MLG30,45 ซึ่งได้รับการยืนยันโดยการกระเจิงรามาน (รูปที่ 1c) และผล TEM (จะกล่าวถึงในภายหลังในหัวข้อ “FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ”) บริเวณ FLG และ MLG ที่สังเกตพบในตัวอย่าง FS และ BS-NGF/Ni (NGF ด้านหน้าและด้านหลังที่ปลูกบน Ni) อาจเติบโตบนเกรน Ni(111) ขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างการอบอ่อนล่วงหน้า22,30,45 พบการพับทั้งสองด้าน (รูปที่ 1b ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีม่วง) รอยพับเหล่านี้มักพบในฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์ที่ปลูกด้วย CVD เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างกราไฟต์และสารตั้งต้นนิกเกิลมีความแตกต่างกันมาก30,38
ภาพ AFM ยืนยันว่าตัวอย่าง FS-NGF มีลักษณะแบนราบกว่าตัวอย่าง BS-NGF (รูปที่ SI1) (รูปที่ SI2) ค่าความหยาบรูทมีนสแควร์ (RMS) ของ FS-NGF/Ni (รูปที่ SI2c) และ BS-NGF/Ni (รูปที่ SI2d) อยู่ที่ 82 และ 200 นาโนเมตรตามลำดับ (วัดจากพื้นที่ 20 × 20 μm2) ความหยาบที่สูงขึ้นสามารถเข้าใจได้จากการวิเคราะห์พื้นผิวของแผ่นนิกเกิล (NiAR) ในสถานะที่ได้รับ (รูปที่ SI3) ภาพ SEM ของ FS และ BS-NiAR แสดงในรูปที่ SI3a–d แสดงให้เห็นสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่แตกต่างกัน แผ่นนิกเกิล FS-Ni ที่ขัดเงาจะมีอนุภาคทรงกลมขนาดนาโนและไมครอน ในขณะที่แผ่นนิกเกิล BS-Ni ที่ไม่ได้ขัดเงาจะมีขั้นตอนการผลิตที่สั้นลง เนื่องจากเป็นอนุภาคที่มีความแข็งแรงสูงและลดลง ภาพความละเอียดสูงและต่ำของแผ่นฟอยล์นิกเกิลอบอ่อน (NiA) แสดงไว้ในรูปที่ SI3e–h ในภาพเหล่านี้ เราสามารถสังเกตเห็นอนุภาคนิกเกิลขนาดไมครอนจำนวนหลายอนุภาคอยู่ทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิล (รูปที่ SI3e–h) เกรนขนาดใหญ่อาจมีการจัดเรียงตัวของพื้นผิวแบบ Ni(111) ดังที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้30,46 มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในสัณฐานวิทยาของแผ่นฟอยล์นิกเกิลระหว่าง FS-NiA และ BS-NiA ความหยาบที่สูงขึ้นของ BS-NGF/Ni เกิดจากพื้นผิวที่ยังไม่ได้ขัดเงาของ BS-NiAR ซึ่งพื้นผิวยังคงหยาบอย่างเห็นได้ชัดแม้หลังจากการอบอ่อน (รูปที่ SI3) การวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวประเภทนี้ก่อนกระบวนการเจริญเติบโตช่วยให้สามารถควบคุมความหยาบของฟิล์มกราฟีนและกราไฟต์ได้ โปรดทราบว่าพื้นผิวเดิมได้รับการปรับโครงสร้างเกรนบางส่วนระหว่างการเจริญเติบโตของกราฟีน ซึ่งทำให้ขนาดเกรนลดลงเล็กน้อยและเพิ่มความหยาบของพื้นผิวของพื้นผิวเล็กน้อยเมื่อเทียบกับฟอยล์อบอ่อนและฟิล์มตัวเร่งปฏิกิริยา22
การปรับความหยาบผิวของวัสดุพิมพ์ เวลาการอบอ่อน (ขนาดเกรน)30,47 และการควบคุมการปลดปล่อย43 จะช่วยลดความสม่ำเสมอของความหนาของ NGF ในแต่ละพื้นที่ลงเหลือเพียงระดับ µm2 และ/หรือ nm2 (เช่น ความหนาที่เปลี่ยนแปลงไปเพียงไม่กี่นาโนเมตร) เพื่อควบคุมความหยาบผิวของวัสดุพิมพ์ อาจพิจารณาใช้วิธีต่างๆ เช่น การขัดเงาด้วยไฟฟ้าบนแผ่นนิกเกิลที่ได้48 จากนั้นแผ่นนิกเกิลที่ผ่านการอบอ่อนล่วงหน้าสามารถอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำกว่า (< 900 °C)46 และเวลา (< 5 นาที) เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดเกรน Ni(111) ขนาดใหญ่ (ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตของ FLG)
กราฟีน SLG และ FLG ไม่สามารถทนต่อแรงตึงผิวของกรดและน้ำได้ จึงต้องใช้ชั้นรองรับเชิงกลในระหว่างกระบวนการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียก22, 34, 38 ในทางตรงกันข้ามกับการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกของกราฟีนชั้นเดียวที่มีพอลิเมอร์รองรับ38 เราพบว่าทั้งสองด้านของ NGF ที่ปลูกแล้วสามารถถ่ายโอนได้โดยไม่ต้องใช้พอลิเมอร์รองรับ ดังแสดงในรูปที่ 2a (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในรูปที่ SI4a) การถ่ายโอน NGF ไปยังสารตั้งต้นที่กำหนดเริ่มต้นด้วยการกัดผิวฟิล์ม Ni30.49 ด้านล่างแบบเปียก ตัวอย่าง NGF/Ni/NGF ที่ปลูกแล้วจะถูกนำไปแช่ค้างคืนใน HNO3 70% ปริมาตร 15 มล. ที่เจือจางด้วยน้ำดีไอออนไนซ์ (DI) 600 มล. หลังจากที่ฟอยล์ Ni ละลายหมด FS-NGF จะยังคงแบนราบและลอยอยู่บนพื้นผิวของของเหลว เช่นเดียวกับตัวอย่าง NGF/Ni/NGF ในขณะที่ BS-NGF จะถูกแช่อยู่ในน้ำ (รูปที่ 2a, b) จากนั้นจึงถ่ายโอน NGF ที่แยกได้ออกจากบีกเกอร์หนึ่งที่มีน้ำดีไอออนไนซ์ใหม่ไปยังบีกเกอร์อีกใบหนึ่ง และล้าง NGF ที่แยกได้ให้สะอาด ทำซ้ำสี่ถึงหกครั้งผ่านจานแก้วเว้า สุดท้ายวาง FS-NGF และ BS-NGF ลงบนวัสดุพิมพ์ที่ต้องการ (รูปที่ 2c)
กระบวนการถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียกที่ปราศจากโพลีเมอร์สำหรับ NGF ที่ปลูกบนแผ่นนิกเกิล: (ก) แผนผังกระบวนการ (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในรูปที่ SI4) (ข) ภาพถ่ายดิจิทัลของ NGF ที่แยกออกหลังจากการกัด Ni (ตัวอย่าง 2 ตัวอย่าง) (ค) ตัวอย่างการถ่ายโอน FS และ BS-NGF ไปยังสารตั้งต้น SiO2/Si (ง) การถ่ายโอน FS-NGF ไปยังสารตั้งต้นโพลีเมอร์ทึบแสง (จ) BS-NGF จากตัวอย่างเดียวกันกับแผง d (แบ่งออกเป็นสองส่วน) ถ่ายโอนไปยังกระดาษ C ชุบทองและ Nafion (สารตั้งต้นโปร่งใสแบบยืดหยุ่น ขอบทำเครื่องหมายด้วยมุมสีแดง)
โปรดทราบว่าการถ่ายโอน SLG ที่ดำเนินการโดยวิธีการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกต้องใช้เวลาทั้งหมด 20-24 ชั่วโมง 38 ด้วยเทคนิคการถ่ายโอนแบบปราศจากโพลิเมอร์ดังที่แสดงในที่นี้ (รูปที่ SI4a) เวลาในการถ่ายโอน NGF โดยรวมลดลงอย่างมาก (ประมาณ 15 ชั่วโมง) กระบวนการประกอบด้วย: (ขั้นตอนที่ 1) เตรียมสารละลายกัดและวางตัวอย่างลงไป (ประมาณ 10 นาที) จากนั้นรอข้ามคืนสำหรับการกัด Ni (ประมาณ 7,200 นาที) (ขั้นตอนที่ 2) ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน (ขั้นตอนที่ 3) เก็บไว้ในน้ำปราศจากไอออนหรือถ่ายโอนไปยังสารตั้งต้นเป้าหมาย (20 นาที) น้ำที่อยู่ระหว่าง NGF และเมทริกซ์จำนวนมากจะถูกกำจัดออกโดยปฏิกิริยาแคปิลลารี (โดยใช้กระดาษซับ) 38 จากนั้นหยดน้ำที่เหลือจะถูกกำจัดออกโดยการทำให้แห้งตามธรรมชาติ (ประมาณ 30 นาที) และสุดท้ายทำให้ตัวอย่างแห้งเป็นเวลา 10 นาทีในตู้อบสุญญากาศ (10-1 มิลลิบาร์) ที่อุณหภูมิ 50-90 °C (60 นาที) 38
เป็นที่ทราบกันดีว่ากราไฟต์สามารถทนต่อน้ำและอากาศได้ที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง (≥ 200 °C)50,51,52 เราได้ทดสอบตัวอย่างโดยใช้สเปกโทรสโกปีรามาน SEM และ XRD หลังจากเก็บรักษาในน้ำดีไอออนไนซ์ที่อุณหภูมิห้องและในขวดที่ปิดสนิทเป็นเวลาตั้งแต่ไม่กี่วันถึงหนึ่งปี (รูปที่ SI4) ไม่พบการเสื่อมสภาพที่สังเกตได้ รูปที่ 2c แสดง FS-NGF และ BS-NGF แบบตั้งอิสระในน้ำดีไอออนไนซ์ เราจับตัวอย่างเหล่านี้ไว้บนวัสดุรองรับ SiO2 (300 นาโนเมตร)/Si ดังแสดงในตอนต้นของรูปที่ 2c นอกจากนี้ ดังที่แสดงในรูปที่ 2d,e NGF อย่างต่อเนื่องสามารถถ่ายโอนไปยังวัสดุรองรับต่างๆ เช่น พอลิเมอร์ (Thermabright polyamide จาก Nexolve และ Nafion) และกระดาษคาร์บอนเคลือบทอง FS-NGF ที่ลอยอยู่สามารถวางลงบนวัสดุรองรับเป้าหมายได้อย่างง่ายดาย (รูปที่ 2c, d) อย่างไรก็ตาม ตัวอย่าง BS-NGF ที่มีขนาดใหญ่กว่า 3 ตารางเซนติเมตรนั้นจัดการได้ยากเมื่อแช่อยู่ในน้ำทั้งหมด โดยปกติแล้ว เมื่อเริ่มกลิ้งในน้ำ เนื่องจากการจัดการที่ไม่ระมัดระวัง บางครั้งอาจแตกออกเป็นสองหรือสามส่วน (รูปที่ 2e) โดยรวมแล้ว เราสามารถถ่ายโอน PS- และ BS-NGF ได้โดยปราศจากพอลิเมอร์ (การถ่ายโอนอย่างต่อเนื่องไร้รอยต่อโดยไม่มีการเจริญเติบโตของ NGF/Ni/NGF ที่ 6 ตารางเซนติเมตร) สำหรับตัวอย่างที่มีพื้นที่ไม่เกิน 6 และ 3 ตารางเซนติเมตร ตามลำดับ ชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือขนาดเล็กที่เหลืออยู่สามารถ (มองเห็นได้ง่ายในสารละลายกัดกร่อนหรือน้ำปราศจากไอออน) ลงบนวัสดุพิมพ์ที่ต้องการ (~1 ตารางเซนติเมตร รูปที่ SI4b ดูตัวอย่างที่ถ่ายโอนไปยังตะแกรงทองแดงตามใน “FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ (อธิบายไว้) ในหัวข้อ “โครงสร้างและคุณสมบัติ”) หรือเก็บไว้เพื่อใช้ในอนาคต (รูปที่ SI4) จากเกณฑ์นี้ เราประเมินว่า NGF สามารถกู้คืนได้ในอัตราผลตอบแทนสูงถึง 98-99% (หลังจากการเจริญเติบโตเพื่อถ่ายโอน)
ตัวอย่างการถ่ายโอนโดยไม่ใช้โพลิเมอร์ได้รับการวิเคราะห์อย่างละเอียด ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ได้จาก FS- และ BS-NGF/SiO2/Si (รูปที่ 2c) โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (OM) และภาพ SEM (รูปที่ SI5 และรูปที่ 3) แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างเหล่านี้ถูกถ่ายโอนโดยไม่ใช้กล้องจุลทรรศน์ ความเสียหายของโครงสร้างที่มองเห็นได้ เช่น รอยแตก รู หรือบริเวณที่คลี่ออก รอยพับบน NGF ที่กำลังเติบโต (รูปที่ 3b, d ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีม่วง) ยังคงสภาพเดิมหลังจากการถ่ายโอน ทั้ง FS- และ BS-NGF ประกอบด้วยบริเวณ FLG (บริเวณที่สว่างแสดงด้วยลูกศรสีน้ำเงินในรูปที่ 3) ที่น่าประหลาดใจคือ ตรงกันข้ามกับบริเวณที่เสียหายเพียงเล็กน้อยที่มักพบระหว่างการถ่ายโอนโพลิเมอร์ของฟิล์มกราไฟต์บางเฉียบ บริเวณ FLG และ MLG ขนาดไมครอนหลายบริเวณที่เชื่อมต่อกับ NGF (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงินในรูปที่ 3d) ถูกถ่ายโอนโดยไม่มีรอยแตกหรือรอยแตก (รูปที่ 3d) 3) . ความสมบูรณ์เชิงกลได้รับการยืนยันเพิ่มเติมโดยใช้ภาพ TEM และ SEM ของ NGF ที่ถ่ายโอนไปยังกริดทองแดงคาร์บอนลูกไม้ ดังที่ได้กล่าวไว้ในภายหลัง (“FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ”) BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอนมีความหยาบกว่า FS-NGF/SiO2/Si โดยมีค่า rms ที่ 140 นาโนเมตรและ 17 นาโนเมตรตามลำดับ ดังแสดงในรูปที่ SI6a และ b (20 × 20 μm2) ค่า RMS ของ NGF ที่ถ่ายโอนไปยังซับสเตรต SiO2/Si (RMS < 2 นาโนเมตร) ต่ำกว่าค่า RMS ของ NGF ที่ปลูกบน Ni อย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 3 เท่า) (รูปที่ SI2) ซึ่งบ่งชี้ว่าความหยาบเพิ่มเติมอาจสอดคล้องกับพื้นผิว Ni นอกจากนี้ ภาพ AFM ที่ดำเนินการบนขอบของตัวอย่าง FS และ BS-NGF/SiO2/Si แสดงความหนาของ NGF ที่ 100 และ 80 นาโนเมตรตามลำดับ (รูปที่ SI7) ความหนาที่เล็กกว่าของ BS-NGF อาจเป็นผลมาจากพื้นผิวที่ไม่ได้สัมผัสกับก๊าซสารตั้งต้นโดยตรง
NGF ที่ถ่ายโอน (NiAG) ที่ไม่มีพอลิเมอร์บนเวเฟอร์ SiO2/Si (ดูรูปที่ 2c): (a, b) ภาพ SEM ของ FS-NGF ที่ถ่ายโอน: กำลังขยายต่ำและสูง (ตรงกับสี่เหลี่ยมสีส้มในแผง) พื้นที่ทั่วไป) – a). (c, d) ภาพ SEM ของ BS-NGF ที่ถ่ายโอน: กำลังขยายต่ำและสูง (ตรงกับพื้นที่ทั่วไปที่แสดงด้วยสี่เหลี่ยมสีส้มในแผง c). (e, f) ภาพ AFM ของ FS และ BS-NGF ที่ถ่ายโอน ลูกศรสีน้ำเงินแทนบริเวณ FLG – ความคมชัดสว่าง ลูกศรสีฟ้าอมเขียว – ความคมชัด MLG สีดำ ลูกศรสีแดง – ความคมชัดสีดำแทนบริเวณ NGF ลูกศรสีม่วงแดงแทนรอยพับ
วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของ FS- และ BS-NGF ที่ปลูกและถ่ายโอนโดยใช้สเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนแบบเอ็กซ์เรย์ (XPS) (รูปที่ 4) พบพีคอ่อนในสเปกตรัมที่วัดได้ (รูปที่ 4a, b) ซึ่งสอดคล้องกับซับสเตรต Ni (850 eV) ของ FS- และ BS-NGF ที่ปลูก (NiAG) ไม่พบพีคในสเปกตรัมที่วัดได้ของ FS- และ BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอน (รูปที่ 4c; ไม่ได้แสดงผลที่คล้ายกันสำหรับ BS-NGF/SiO2/Si) ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีการปนเปื้อนของ Ni ตกค้างหลังการถ่ายโอน รูปที่ 4d–f แสดงสเปกตรัมความละเอียดสูงของระดับพลังงาน C 1 s, O 1 s และ Si 2p ของ FS-NGF/SiO2/Si พลังงานยึดเหนี่ยวของ C 1 s ของกราไฟต์คือ 284.4 eV53.54 โดยทั่วไปแล้ว รูปร่างเชิงเส้นของยอดกราไฟต์ถือว่าไม่สมมาตร ดังแสดงในรูปที่ 4d54 สเปกตรัม C 1 s ระดับแกนความละเอียดสูง (รูปที่ 4d) ยังยืนยันการถ่ายโอนบริสุทธิ์ (กล่าวคือ ไม่มีกากพอลิเมอร์ตกค้าง) ซึ่งสอดคล้องกับการศึกษาก่อนหน้านี้38 ความกว้างของเส้นสเปกตรัม C 1 s ของตัวอย่างที่เพิ่งปลูก (NiAG) และหลังการถ่ายโอนมีค่าเท่ากับ 0.55 และ 0.62 eV ตามลำดับ ค่าเหล่านี้สูงกว่าสเปกตรัม SLG (0.49 eV สำหรับ SLG บนซับสเตรต SiO2)38 อย่างไรก็ตาม ค่าเหล่านี้มีค่าน้อยกว่าความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้สำหรับตัวอย่างกราฟีนไพโรไลติกที่มีการวางตัวสูง (~0.75 eV)53,54,55 ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีตำแหน่งคาร์บอนที่บกพร่องในวัสดุปัจจุบัน สเปกตรัมระดับพื้นดินของ C 1 s และ O 1 s ยังขาดไหล่ ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้การดีคอนโวลูชันของยอดความละเอียดสูง54 มีจุดสูงสุดของดาวเทียม π → π* ประมาณ 291.1 eV ซึ่งมักพบในตัวอย่างกราไฟต์ สัญญาณ 103 eV และ 532.5 eV ในสเปกตรัมระดับแกนกลาง Si 2p และ O 1 s (ดูรูปที่ 4e, f) มาจากซับสเตรต SiO2 56 ตามลำดับ XPS เป็นเทคนิคที่ไวต่อพื้นผิว ดังนั้นสัญญาณที่สอดคล้องกับ Ni และ SiO2 ที่ตรวจพบก่อนและหลังการถ่ายโอน NGF ตามลำดับ จึงสันนิษฐานว่ามาจากบริเวณ FLG ผลที่คล้ายกันนี้พบในตัวอย่าง BS-NGF ที่ถ่ายโอน (ไม่ได้แสดง)
ผลลัพธ์ NiAG XPS: (ac) สำรวจสเปกตรัมขององค์ประกอบอะตอมธาตุต่างๆ ของ FS-NGF/Ni ที่ปลูก, BS-NGF/Ni และ FS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอน ตามลำดับ (d–f) สเปกตรัมความละเอียดสูงของระดับแกน C 1 s, 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 ที่ถ่ายโอนแสดงให้เห็นถึงจุดสูงสุดของการเลี้ยวเบน (0 0 0 2) และ (0 0 0 4) ที่มุม 26.6° และ 54.7° ซึ่งคล้ายกับกราไฟต์ สิ่งนี้ยืนยันคุณภาพผลึก NGF ที่สูง และสอดคล้องกับระยะห่างระหว่างชั้นที่ d = 0.335 นาโนเมตร ซึ่งคงอยู่หลังจากขั้นตอนการถ่ายโอน ความเข้มของจุดสูงสุดของการเลี้ยวเบน (0 0 0 2) มีค่าประมาณ 30 เท่าของจุดสูงสุดของการเลี้ยวเบน (0 0 0 4) ซึ่งบ่งชี้ว่าระนาบผลึก NGF เรียงตัวกับพื้นผิวตัวอย่างได้ดี
จากผลการตรวจด้วย SEM, Raman spectroscopy, XPS และ XRD พบว่าคุณภาพของ BS-NGF/Ni เหมือนกับคุณภาพของ FS-NGF/Ni แม้ว่าค่าความหยาบ rms จะสูงกว่าเล็กน้อยก็ตาม (รูปภาพ SI2, SI5) และ SI7)
SLG ที่มีชั้นรองรับโพลีเมอร์หนาถึง 200 นาโนเมตรสามารถลอยน้ำได้ โครงสร้างนี้มักใช้ในกระบวนการถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียกที่ใช้โพลีเมอร์ช่วย22,38 กราฟีนและกราไฟต์มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ (มุมเปียก 80–90°)57 พื้นผิวพลังงานศักย์ของทั้งกราฟีนและ FLG มีรายงานว่าค่อนข้างแบน โดยมีพลังงานศักย์ต่ำ (~1 กิโลจูล/โมล) สำหรับการเคลื่อนที่ด้านข้างของน้ำที่พื้นผิว58 อย่างไรก็ตาม พลังงานอันตรกิริยาที่คำนวณได้ของน้ำกับกราฟีนและกราฟีนสามชั้นมีค่าประมาณ −13 และ −15 กิโลจูล/โมล58 ตามลำดับ ซึ่งบ่งชี้ว่าอันตรกิริยาระหว่างน้ำกับ NGF (ประมาณ 300 ชั้น) ต่ำกว่ากราฟีน นี่อาจเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ NGF ที่ตั้งอิสระยังคงแบนราบบนผิวน้ำ ในขณะที่กราฟีนที่ตั้งอิสระ (ซึ่งลอยอยู่ในน้ำ) จะม้วนตัวและสลายตัว เมื่อ NGF จมอยู่ในน้ำจนหมด (ผลลัพธ์จะเหมือนกันสำหรับ NGF แบบหยาบและแบบแบน) ขอบของ NGF จะโค้งงอ (รูปที่ SI4) ในกรณีของการจมอยู่ใต้น้ำจนหมด คาดว่าพลังงานอันตรกิริยาระหว่าง NGF กับน้ำจะเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่า (เมื่อเทียบกับ NGF แบบลอยน้ำ) และขอบของ NGF จะพับเพื่อรักษามุมสัมผัสที่สูง (คุณสมบัติไม่ชอบน้ำ) เราเชื่อว่าสามารถพัฒนากลยุทธ์เพื่อหลีกเลี่ยงการม้วนงอของขอบของ NGF ที่ฝังอยู่ได้ วิธีหนึ่งคือการใช้ตัวทำละลายผสมเพื่อปรับปฏิกิริยาการเปียกของฟิล์มกราไฟต์59
ก่อนหน้านี้เคยมีรายงานการถ่ายโอน SLG ไปยังวัสดุพิมพ์หลายประเภทผ่านกระบวนการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียก เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่ามีแรงแวนเดอร์วาลส์อ่อนๆ อยู่ระหว่างฟิล์มกราฟีน/กราไฟต์และวัสดุพิมพ์ (ไม่ว่าจะเป็นวัสดุพิมพ์แข็ง เช่น SiO2/Si38, 41, 46, 60, SiC38, Au42, เสา Si22 และฟิล์มคาร์บอนเลซี30, 34 หรือวัสดุพิมพ์ที่มีความยืดหยุ่น เช่น โพลีอิไมด์37) ในที่นี้ เราสมมติว่าปฏิกิริยาประเภทเดียวกันมีมากกว่า เราไม่พบความเสียหายหรือการลอกของ NGF สำหรับวัสดุพิมพ์ใดๆ ที่นำเสนอในที่นี้ระหว่างการจัดการเชิงกล (ระหว่างการจำแนกลักษณะภายใต้สภาวะสุญญากาศและ/หรือบรรยากาศ หรือระหว่างการเก็บรักษา) (เช่น รูปที่ 2, SI7 และ SI9) นอกจากนี้ เรายังไม่พบจุดสูงสุดของ SiC ในสเปกตรัม XPS C 1 s ของระดับแกนกลางของตัวอย่าง NGF/SiO2/Si (รูปที่ 4) ผลการทดลองเหล่านี้บ่งชี้ว่าไม่มีพันธะเคมีระหว่าง NGF และวัสดุพิมพ์เป้าหมาย
ในหัวข้อก่อนหน้า “การถ่ายโอน FS- และ BS-NGF แบบปราศจากพอลิเมอร์” เราได้สาธิตให้เห็นว่า NGF สามารถเจริญเติบโตและถ่ายโอนได้ทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์นิกเกิล FS-NGF และ BS-NGF เหล่านี้มีความขรุขระของพื้นผิวไม่เหมือนกัน ซึ่งทำให้เราต้องสำรวจการประยุกต์ใช้งานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละประเภท
เมื่อพิจารณาถึงความโปร่งใสและพื้นผิวที่เรียบเนียนกว่าของ FS-NGF เราจึงศึกษาโครงสร้างเฉพาะที่ คุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้าของ FS-NGF โดยละเอียดยิ่งขึ้น โครงสร้างและโครงสร้างของ FS-NGF ที่ไม่มีการถ่ายโอนโพลิเมอร์ถูกจำแนกลักษณะโดยการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) และการวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนแบบเลือกพื้นที่ (SAED) ผลการวิเคราะห์ที่สอดคล้องกันแสดงในรูปที่ 5 การถ่ายภาพ TEM แบบระนาบกำลังขยายต่ำเผยให้เห็นบริเวณ NGF และ FLG ที่มีลักษณะคอนทราสต์อิเล็กตรอนแตกต่างกัน กล่าวคือ บริเวณที่มืดกว่าและสว่างกว่าตามลำดับ (รูปที่ 5a) ฟิล์มโดยรวมมีความสมบูรณ์เชิงกลและเสถียรภาพที่ดีระหว่างบริเวณต่างๆ ของ NGF และ FLG มีการเหลื่อมซ้อนกันที่ดี และไม่มีความเสียหายหรือการฉีกขาด ซึ่งได้รับการยืนยันโดย SEM (รูปที่ 3) และการศึกษา TEM กำลังขยายสูง (รูปที่ 5c-e) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปที่ 5d แสดงโครงสร้างสะพานในส่วนที่ใหญ่ที่สุด (ตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรประสีดำในรูปที่ 5d) ซึ่งมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมและประกอบด้วยชั้นกราฟีนที่มีความกว้างประมาณ 51 องค์ประกอบที่มีระยะห่างระหว่างระนาบ 0.33 ± 0.01 นาโนเมตรลดลงอีกเป็นชั้นกราฟีนหลายชั้นในบริเวณที่แคบที่สุด (ปลายลูกศรสีดำทึบในรูปที่ 5 d)
ภาพ TEM แบบระนาบของตัวอย่าง NiAG ปราศจากพอลิเมอร์บนโครงตาข่ายทองแดงคาร์บอนเลซี: (a, b) ภาพ TEM กำลังขยายต่ำ รวมถึงบริเวณ NGF และ FLG (ce) ภาพกำลังขยายสูงของบริเวณต่างๆ ในช่อง a และช่อง b แสดงด้วยลูกศรสีเดียวกัน ลูกศรสีเขียวในช่อง a และ c แสดงพื้นที่วงกลมที่เสียหายระหว่างการจัดแนวลำแสง (f–i) ในช่อง a ถึง c รูปแบบ SAED ในบริเวณต่างๆ แสดงด้วยวงกลมสีน้ำเงิน ฟ้าอมเขียว สีส้ม และสีแดง ตามลำดับ
โครงสร้างริบบิ้นในรูปที่ 5c แสดง (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีแดง) การวางแนวแนวตั้งของระนาบโครงตาข่ายกราไฟต์ ซึ่งอาจเกิดจากการเกิดรอยพับนาโนตามแนวฟิล์ม (ภาพแทรกในรูปที่ 5c) อันเนื่องมาจากแรงเฉือนที่ไม่ได้รับการชดเชยที่มากเกินไป30,61,62 ภายใต้เทคนิค TEM ความละเอียดสูง รอยพับนาโนเหล่านี้ 30 แสดงการวางแนวผลึกที่แตกต่างจากส่วนที่เหลือของบริเวณ NGF โดยระนาบฐานของโครงตาข่ายกราไฟต์วางแนวเกือบในแนวตั้ง แทนที่จะเป็นแนวนอนเหมือนกับส่วนที่เหลือของฟิล์ม (ภาพแทรกในรูปที่ 5c) ในทำนองเดียวกัน บริเวณ FLG บางครั้งก็แสดงรอยพับเชิงเส้นและรอยพับคล้ายแถบแคบ (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงิน) ซึ่งปรากฏเมื่อขยายภาพต่ำและปานกลางในรูปที่ 5b และ 5e ตามลำดับ ภาพแทรกในรูปที่ 5e ยืนยันการมีอยู่ของชั้นกราฟีนสองและสามชั้นในภาคส่วน FLG (ระยะห่างระหว่างระนาบ 0.33 ± 0.01 นาโนเมตร) ซึ่งสอดคล้องกับผลการศึกษาก่อนหน้าของเรา30 นอกจากนี้ ภาพ SEM ที่บันทึกไว้ของ NGF ที่ปราศจากพอลิเมอร์ที่ถ่ายโอนไปยังกริดทองแดงที่มีฟิล์มคาร์บอนแบบลูกไม้ (หลังจากทำการวัด TEM จากมุมมองด้านบน) แสดงในรูปที่ SI9 บริเวณ FLG ที่แขวนลอยอยู่ (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงิน) และบริเวณที่แตกหักในรูปที่ SI9f ลูกศรสีน้ำเงิน (ที่ขอบของ NGF ที่ถ่ายโอน) ตั้งใจนำเสนอเพื่อแสดงให้เห็นว่าบริเวณ FLG สามารถต้านทานกระบวนการถ่ายโอนได้โดยไม่ต้องใช้พอลิเมอร์ สรุปได้ว่า ภาพเหล่านี้ยืนยันว่า NGF ที่แขวนลอยอยู่บางส่วน (รวมถึงบริเวณ FLG) ยังคงรักษาความสมบูรณ์เชิงกลไว้ได้ แม้หลังจากการจัดการอย่างเข้มงวดและสัมผัสกับสุญญากาศสูงในระหว่างการวัด TEM และ SEM (รูปที่ SI9)
เนื่องจาก NGF มีความเรียบเป็นเลิศ (ดูรูปที่ 5a) จึงไม่ใช่เรื่องยากที่จะวางแนวของเกล็ดตามแกนโดเมน [0001] เพื่อวิเคราะห์โครงสร้าง SAED บริเวณที่น่าสนใจหลายจุด (12 จุด) ถูกระบุสำหรับการศึกษาการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน ขึ้นอยู่กับความหนาของฟิล์มและตำแหน่งของฟิล์ม ในรูปที่ 5a–c บริเวณทั่วไปสี่บริเวณนี้แสดงและทำเครื่องหมายด้วยวงกลมสี (รหัสสีน้ำเงิน ฟ้าอมเขียว สีส้ม และสีแดง) รูปที่ 2 และ 3 สำหรับโหมด SAED รูปที่ 5f และ g ได้มาจากบริเวณ FLG ที่แสดงในรูปที่ 5 และ 5 ดังแสดงในรูปที่ 5b และ c ตามลำดับ พวกมันมีโครงสร้างหกเหลี่ยมคล้ายกับกราฟีนบิด63 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง รูปที่ 5f แสดงรูปแบบซ้อนทับสามแบบที่มีการวางแนวเดียวกันของแกนโซน [0001] โดยหมุน 10° และ 20° ดังที่เห็นได้จากความไม่ตรงกันเชิงมุมของการสะท้อนสามคู่ (10-10) ในทำนองเดียวกัน รูปที่ 5g แสดงรูปแบบหกเหลี่ยมซ้อนทับสองแบบที่หมุน 20° รูปแบบหกเหลี่ยมสองหรือสามกลุ่มในบริเวณ FLG สามารถเกิดขึ้นได้จากชั้นกราฟีน 33 ที่อยู่ในระนาบหรือนอกระนาบสามชั้นที่หมุนสัมพันธ์กัน ในทางตรงกันข้าม รูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนในรูปที่ 5h,i (ซึ่งสอดคล้องกับบริเวณ NGF ที่แสดงในรูปที่ 5a) แสดงรูปแบบเดียว [0001] ที่มีความเข้มของการเลี้ยวเบนจุดโดยรวมสูงกว่า ซึ่งสอดคล้องกับความหนาของวัสดุที่มากขึ้น แบบจำลอง SAED เหล่านี้สอดคล้องกับโครงสร้างกราไฟต์ที่หนากว่าและการวางตัวในระดับกลางมากกว่า FLG ตามที่อนุมานได้จากดัชนี 64 ลักษณะของคุณสมบัติผลึกของ NGF เผยให้เห็นการมีอยู่ร่วมกันของผลึกกราไฟต์ (หรือกราฟีน) สองหรือสามผลึกที่ซ้อนทับกัน สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษในบริเวณ FLG คือผลึกเหล่านี้มีการวางตัวที่คลาดเคลื่อนในระนาบหรือนอกระนาบในระดับหนึ่ง ก่อนหน้านี้มีรายงานอนุภาค/ชั้นกราไฟต์ที่มีมุมหมุนในระนาบ 17°, 22° และ 25° สำหรับ NGF ที่ปลูกบนฟิล์ม Ni 64 ค่ามุมหมุนที่สังเกตได้ในการศึกษานี้สอดคล้องกับมุมหมุนที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้ (±1°) สำหรับกราฟีน BLG63 แบบบิด
สมบัติทางไฟฟ้าของ NGF/SiO2/Si วัดที่อุณหภูมิ 300 K บนพื้นที่ 10×3 mm2 ค่าความเข้มข้นของตัวพาอิเล็กตรอน ความคล่องตัว และค่าการนำไฟฟ้าคือ 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 และ 2000 S-cm-1 ตามลำดับ ค่าความคล่องตัวและค่าการนำไฟฟ้าของ NGF ของเราใกล้เคียงกับกราไฟต์ธรรมชาติ2 และสูงกว่ากราไฟต์ไพโรไลติกที่มีการวางแนวสูงที่มีจำหน่ายในท้องตลาด (ผลิตที่อุณหภูมิ 3000 °C)29 ค่าความเข้มข้นของตัวพาอิเล็กตรอนที่สังเกตได้นั้นสูงกว่าค่าที่รายงานล่าสุด (7.25 × 10 cm-3) สำหรับฟิล์มกราไฟต์ที่มีความหนาระดับไมครอนที่เตรียมโดยใช้แผ่นโพลีอิไมด์อุณหภูมิสูง (3200 °C) 20 กว่าสองลำดับความสำคัญ
นอกจากนี้เรายังทำการวัดค่าการส่งผ่านแสงยูวี-แสงที่มองเห็นได้บน FS-NGF ที่ถ่ายโอนไปยังแผ่นรองรับควอตซ์ (รูปที่ 6) สเปกตรัมที่ได้แสดงค่าการส่งผ่านแสงเกือบคงที่ที่ 62% ในช่วง 350–800 นาโนเมตร ซึ่งบ่งชี้ว่า NGF โปร่งแสงต่อแสงที่มองเห็นได้ อันที่จริง ชื่อ “KAUST” ปรากฏอยู่ในภาพถ่ายดิจิทัลของตัวอย่างในรูปที่ 6b แม้ว่าโครงสร้างผลึกนาโนของ NGF จะแตกต่างจาก SLG แต่จำนวนชั้นสามารถประมาณได้คร่าวๆ โดยใช้กฎการสูญเสียการส่งผ่านแสง 2.3% ต่อชั้นเพิ่มเติม65 จากความสัมพันธ์นี้ จำนวนชั้นกราฟีนที่มีการสูญเสียการส่งผ่านแสง 38% คือ 21 ชั้น NGF ที่ปลูกส่วนใหญ่ประกอบด้วยชั้นกราฟีน 300 ชั้น ซึ่งมีความหนาประมาณ 100 นาโนเมตร (รูปที่ 1, SI5 และ SI7) ดังนั้นเราจึงสมมติว่าความโปร่งใสทางแสงที่สังเกตได้สอดคล้องกับบริเวณ FLG และ MLG เนื่องจากกระจายอยู่ทั่วทั้งฟิล์ม (รูปที่ 1, 3, 5 และ 6c) นอกเหนือจากข้อมูลโครงสร้างข้างต้นแล้ว การนำไฟฟ้าและความโปร่งใสยังยืนยันคุณภาพผลึกสูงของ NGF ที่ถ่ายโอนอีกด้วย
(ก) การวัดค่าการส่องผ่านรังสี UV-visible (ข) การถ่ายโอน NGF ทั่วไปบนควอตซ์โดยใช้ตัวอย่างที่เป็นตัวแทน (ค) แผนผังของ NGF (กล่องมืด) ที่มีบริเวณ FLG และ MLG กระจายอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งทำเครื่องหมายเป็นรูปร่างสุ่มสีเทาทั่วทั้งตัวอย่าง (ดูรูปที่ 1) (พื้นที่ประมาณ 0.1–3% ต่อ 100 ไมโครเมตร) รูปร่างสุ่มและขนาดในแผนภาพนี้ใช้เพื่อประกอบการอธิบายเท่านั้น และไม่ตรงกับพื้นที่จริง
ก่อนหน้านี้ NGF โปร่งแสงที่ปลูกโดย CVD ถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวซิลิคอนเปล่าและนำไปใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์15,16 ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน (PCE) ที่ได้คือ 1.5% NGF เหล่านี้ทำหน้าที่หลายอย่าง เช่น ชั้นสารประกอบออกฤทธิ์ เส้นทางการขนส่งประจุ และอิเล็กโทรดโปร่งใส15,16 อย่างไรก็ตาม ฟิล์มกราไฟต์มีความไม่สม่ำเสมอ จำเป็นต้องมีการปรับปรุงประสิทธิภาพเพิ่มเติมโดยการควบคุมความต้านทานของแผ่นและการส่งผ่านแสงของอิเล็กโทรดกราไฟต์อย่างระมัดระวัง เนื่องจากคุณสมบัติทั้งสองนี้มีบทบาทสำคัญในการกำหนดค่า PCE ของเซลล์แสงอาทิตย์15,16 โดยทั่วไป ฟิล์มกราฟีนจะโปร่งใสต่อแสงที่มองเห็น 97.7% แต่มีความต้านทานของแผ่นอยู่ที่ 200–3000 โอห์ม/ตาราง16 ความต้านทานพื้นผิวของฟิล์มกราฟีนสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มจำนวนชั้น (การถ่ายโอนชั้นกราฟีนหลายชั้น) และการเจือปนด้วย HNO3 (~30 โอห์ม/ตาราง)66 อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ใช้เวลานานและชั้นการถ่ายโอนที่แตกต่างกันไม่สามารถรักษาการสัมผัสที่ดีได้เสมอไป แผ่นฟิล์ม NGF ด้านหน้าของเรามีคุณสมบัติ เช่น การนำไฟฟ้า 2,000 S/cm ความต้านทานแผ่นฟิล์ม 50 โอห์ม/ตร.ม. และความโปร่งใส 62% ทำให้เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับช่องตัวนำหรืออิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ในเซลล์แสงอาทิตย์15,16
แม้ว่าโครงสร้างและเคมีพื้นผิวของ BS-NGF จะคล้ายกับ FS-NGF แต่ความหยาบของ BS-NGF นั้นแตกต่างกัน (“การเติบโตของ FS และ BS-NGF”) ก่อนหน้านี้ เราใช้กราไฟท์ฟิล์มบางเฉียบ22 เป็นเซ็นเซอร์ก๊าซ ดังนั้น เราจึงทดสอบความเป็นไปได้ในการใช้ BS-NGF สำหรับงานตรวจจับก๊าซ (รูปที่ SI10) ขั้นแรก BS-NGF ที่มีขนาดเป็นมิลลิเมตร2 ถูกถ่ายโอนไปยังชิปเซ็นเซอร์อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกัน (รูปที่ SI10a-c) รายละเอียดการผลิตของชิปได้รับการรายงานไว้ก่อนหน้านี้แล้ว พื้นที่ไวต่อการตอบสนองคือ 9 มิลลิเมตร267 ในภาพ SEM (รูปที่ SI10b และ c) สามารถมองเห็นอิเล็กโทรดทองคำที่อยู่ด้านล่างได้อย่างชัดเจนผ่าน NGF อีกครั้ง จะเห็นได้ว่ามีการครอบคลุมของชิปที่สม่ำเสมอสำหรับทุกตัวอย่าง การวัดเซ็นเซอร์ก๊าซของก๊าซต่างๆ ถูกบันทึก (รูปที่ SI10d) (รูปที่ SI11) และอัตราการตอบสนองที่ได้แสดงในรูปที่ SI10g มีแนวโน้มว่าจะเกิดขึ้นกับก๊าซรบกวนอื่นๆ ได้แก่ SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) และ NH3 (200 ppm) สาเหตุหนึ่งที่เป็นไปได้คือ NO2 ก๊าซชนิดนี้มีคุณสมบัติชอบไฟฟ้า 22,68 เมื่อถูกดูดซับบนพื้นผิวของกราฟีน จะช่วยลดกระแสการดูดซับอิเล็กตรอนของระบบ ตาราง SI2 นำเสนอการเปรียบเทียบข้อมูลเวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์ BS-NGF กับเซ็นเซอร์ที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้ กลไกในการกระตุ้นเซ็นเซอร์ NGF อีกครั้งโดยใช้พลาสมา UV พลาสมา O3 หรือการปรับสภาพด้วยความร้อน (50–150°C) ของตัวอย่างที่สัมผัสสารกำลังดำเนินการอยู่ โดยควรปฏิบัติตามด้วยการนำระบบฝังตัวมาใช้ 69
ในระหว่างกระบวนการ CVD กราฟีนจะเติบโตทั้งสองด้านของซับสเตรตตัวเร่งปฏิกิริยา41 อย่างไรก็ตาม BS-กราฟีนมักจะถูกขับออกในระหว่างกระบวนการถ่ายโอน41 ในการศึกษานี้ เราแสดงให้เห็นว่าการเติบโตของ NGF คุณภาพสูงและการถ่ายโอน NGF ที่ปราศจากพอลิเมอร์สามารถทำได้ทั้งสองด้านของตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา BS-NGF มีความบางกว่า (~80 นาโนเมตร) เมื่อเทียบกับ FS-NGF (~100 นาโนเมตร) และความแตกต่างนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า BS-Ni ไม่ได้สัมผัสกับการไหลของก๊าซสารตั้งต้นโดยตรง นอกจากนี้ เรายังพบว่าความหยาบของซับสเตรต NiAR มีอิทธิพลต่อความหยาบของ NGF ผลการศึกษาเหล่านี้บ่งชี้ว่า FS-NGF แบบระนาบที่เติบโตสามารถใช้เป็นวัสดุสารตั้งต้นสำหรับกราฟีน (โดยวิธีการขัดผิว70) หรือเป็นช่องทางนำไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์15,16 ในทางตรงกันข้าม BS-NGF จะถูกใช้เพื่อตรวจจับก๊าซ (รูปที่ SI9) และอาจใช้สำหรับระบบกักเก็บพลังงาน71,72 ซึ่งความหยาบของพื้นผิวจะมีประโยชน์
เมื่อพิจารณาจากข้างต้น การรวมงานวิจัยปัจจุบันเข้ากับฟิล์มกราไฟต์ที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ซึ่งปลูกโดยวิธี CVD และใช้แผ่นฟอยล์นิกเกิลจึงเป็นประโยชน์ ดังแสดงในตารางที่ 2 ความดันที่สูงขึ้นที่เราใช้ทำให้ระยะเวลาปฏิกิริยา (ระยะการเจริญเติบโต) สั้นลง แม้ในอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำ (ในช่วง 850–1300 °C) นอกจากนี้ เรายังพบว่าฟิล์มเติบโตได้สูงกว่าปกติ ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการขยายตัว ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ต้องพิจารณา ซึ่งเราได้รวมไว้ในตารางบางส่วนแล้ว
NGF คุณภาพสูงแบบสองด้านปลูกบนแผ่นฟอยล์นิกเกิลด้วยวิธีเร่งปฏิกิริยา CVD ด้วยการกำจัดวัสดุรองรับโพลิเมอร์แบบดั้งเดิม (เช่น ที่ใช้ในกราฟีน CVD) เราจึงสามารถถ่ายโอน NGF (ปลูกที่ด้านหลังและด้านหน้าของแผ่นฟอยล์นิกเกิล) ได้อย่างสะอาดและปราศจากข้อบกพร่องไปยังวัสดุรองรับที่สำคัญต่อกระบวนการหลากหลายชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NGF ประกอบด้วยบริเวณ FLG และ MLG (โดยทั่วไป 0.1% ถึง 3% ต่อ 100 ไมโครเมตร²) ซึ่งมีโครงสร้างที่ผสานรวมเข้ากับฟิล์มที่หนากว่าได้ดี เทคนิค Planar TEM แสดงให้เห็นว่าบริเวณเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคกราไฟต์/กราฟีนสองถึงสามอนุภาค (ผลึกหรือชั้นตามลำดับ) ซึ่งบางอนุภาคมีการหมุนที่ไม่ตรงกัน 10–20° บริเวณ FLG และ MLG มีหน้าที่ทำให้ FS-NGF โปร่งใสต่อแสงที่มองเห็น สำหรับแผ่นด้านหลัง สามารถวางขนานกับแผ่นด้านหน้าได้ และดังที่แสดงไว้ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ (เช่น การตรวจจับก๊าซ) การศึกษาเหล่านี้มีประโยชน์มากในการลดของเสียและต้นทุนในกระบวนการ CVD ในระดับอุตสาหกรรม
โดยทั่วไป ความหนาเฉลี่ยของแผ่นกราฟีน (แบบบางและหลายชั้น) และแผ่นกราไฟต์สำหรับอุตสาหกรรม (แบบไมโครเมตร) คุณสมบัติที่น่าสนใจที่หลากหลาย ประกอบกับวิธีการผลิตและขนส่งที่เรียบง่ายที่เราพัฒนาขึ้น ทำให้ฟิล์มเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองเชิงหน้าที่ของกราไฟต์ โดยไม่ต้องสิ้นเปลืองพลังงานจากกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานสูงในปัจจุบัน
แผ่นนิกเกิลฟอยล์หนา 25 ไมโครเมตร (ความบริสุทธิ์ 99.5%, Goodfellow) ถูกติดตั้งในเครื่องปฏิกรณ์ CVD เชิงพาณิชย์ (Aixtron 4-inch BMPro) ระบบถูกไล่อากาศด้วยอาร์กอนและดูดอากาศออกจนถึงความดันพื้นฐาน 10-3 มิลลิบาร์ จากนั้นนำแผ่นนิกเกิลฟอยล์ไปวางใน Ar/H2 (หลังจากอบแผ่นนิกเกิลฟอยล์ล่วงหน้าเป็นเวลา 5 นาที แผ่นนิกเกิลฟอยล์จะถูกนำไปสัมผัสกับความดัน 500 มิลลิบาร์ที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส) NGF ถูกสะสมในกระแส CH4/H2 (100 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อชิ้น) เป็นเวลา 5 นาที จากนั้นจึงทำให้ตัวอย่างเย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำกว่า 700 องศาเซลเซียส โดยใช้กระแส Ar (4000 ลูกบาศก์เซนติเมตร) ที่ 40 องศาเซลเซียสต่อนาที รายละเอียดเกี่ยวกับการปรับกระบวนการเจริญเติบโตของ NGF ให้เหมาะสมที่สุดมีอธิบายไว้ในที่อื่น30
สัณฐานวิทยาพื้นผิวของตัวอย่างถูกทำให้มองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA) ความหยาบผิวของตัวอย่างและความหนาของ NGF ถูกวัดโดยใช้ AFM (Dimension Icon SPM, Bruker) การวัด TEM และ SAED ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ FEI Titan 80–300 Cubed ที่ติดตั้งปืนปล่อยสนามความสว่างสูง (300 kV), โมโนโครเมเตอร์ชนิด FEI Wien และตัวแก้ไขความคลาดทรงกลมเลนส์ CEOS เพื่อให้ได้ผลลัพธ์สุดท้าย ความละเอียดเชิงพื้นที่ 0.09 นาโนเมตร ตัวอย่าง NGF ถูกถ่ายโอนไปยังกริดทองแดงเคลือบคาร์บอนเลซีเพื่อการถ่ายภาพ TEM แบบแบนและการวิเคราะห์โครงสร้าง SAED ดังนั้น ตะกอนตัวอย่างส่วนใหญ่จึงถูกแขวนลอยอยู่ในรูพรุนของแผ่นรองรับ ตัวอย่าง NGF ที่ถ่ายโอนถูกวิเคราะห์โดยใช้ XRD รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ได้รับโดยใช้เครื่องวัดการเลี้ยวเบนของผง (Brucker, ตัวเลื่อนเฟส D2 พร้อมแหล่งกำเนิด Cu Kα, 1.5418 Å และตัวตรวจจับ LYNXEYE) โดยใช้แหล่งกำเนิดรังสี Cu ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางจุดลำแสง 3 มม.
การวัดจุดรามานหลายจุดได้รับการบันทึกโดยใช้กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคัลแบบผสานรวม (Alpha 300 RA, WITeC) ใช้เลเซอร์ขนาด 532 นาโนเมตรที่มีกำลังกระตุ้นต่ำ (25%) เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เกิดจากความร้อน ได้ทำการสเปกโตรสโคปีโฟโตอิเล็กตรอนแบบรังสีเอกซ์ (XPS) บนเครื่องสเปกโตรมิเตอร์ Kratos Axis Ultra บนพื้นที่ตัวอย่าง 300 × 700 μm2 โดยใช้รังสี Al Kα แบบโมโนโครม (hν = 1486.6 eV) ที่กำลัง 150 W สเปกตรัมความละเอียดได้มาที่พลังงานส่งผ่าน 160 eV และ 20 eV ตามลำดับ ตัวอย่าง NGF ที่ถ่ายโอนไปยัง SiO2 ถูกตัดเป็นชิ้น (3 × 10 mm2 ต่อชิ้น) โดยใช้เลเซอร์ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียม PLS6MW (1.06 μm) ที่กำลัง 30 W หน้าสัมผัสลวดทองแดง (หนา 50 μm) ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เพสต์เงินภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล การทดลองการขนส่งทางไฟฟ้าและปรากฏการณ์ฮอลล์ได้ดำเนินการกับตัวอย่างเหล่านี้ที่อุณหภูมิ 300 K และค่าความแปรผันของสนามแม่เหล็ก ± 9 เทสลาในระบบวัดคุณสมบัติทางกายภาพ (PPMS EverCool-II, Quantum Design, สหรัฐอเมริกา) สเปกตรัม UV-vis ที่ส่งผ่านถูกบันทึกโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ Lambda 950 UV-vis ในช่วง 350–800 นาโนเมตร NGF ที่ถ่ายโอนไปยังซับสเตรตควอตซ์และตัวอย่างอ้างอิงควอตซ์
เซ็นเซอร์ความต้านทานสารเคมี (ชิปอิเล็กโทรดแบบสอดประสาน) ถูกต่อสายเข้ากับแผงวงจรพิมพ์แบบกำหนดเอง 73 และดึงค่าความต้านทานออกมาชั่วคราว แผงวงจรพิมพ์ที่ติดตั้งอุปกรณ์นี้เชื่อมต่อกับขั้วสัมผัสและวางไว้ภายในห้องตรวจจับก๊าซ 74 การวัดความต้านทานทำที่แรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์ โดยมีการสแกนอย่างต่อเนื่องตั้งแต่การไล่อากาศไปจนถึงการสัมผัสก๊าซ แล้วจึงไล่อากาศอีกครั้ง ในขั้นต้นห้องถูกทำความสะอาดโดยการไล่อากาศด้วยไนโตรเจนที่ 200 ลูกบาศก์เซนติเมตร เป็นเวลา 1 ชั่วโมง เพื่อให้แน่ใจว่าสารวิเคราะห์อื่นๆ ที่อยู่ในห้องถูกกำจัดออกทั้งหมด รวมถึงความชื้น จากนั้นสารวิเคราะห์แต่ละชนิดจะถูกปล่อยเข้าสู่ห้องอย่างช้าๆ ด้วยอัตราการไหลเท่ากันที่ 200 ลูกบาศก์เซนติเมตร โดยการปิดถังก๊าซไนโตรเจน
บทความนี้มีการเผยแพร่เวอร์ชันแก้ไขแล้ว และสามารถเข้าถึงได้ผ่านลิงค์ที่ด้านบนของบทความ
Inagaki, M. และ Kang, F. วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุคาร์บอน: พื้นฐาน. ฉบับแก้ไขครั้งที่สอง พ.ศ. 2557. 542
Pearson, HO Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes: Properties, Processing and Applications. ฉบับพิมพ์ครั้งแรกได้รับการแก้ไขแล้ว พ.ศ. 2537, รัฐนิวเจอร์ซีย์
Tsai, W. และคณะ ฟิล์มกราฟีน/กราไฟต์หลายชั้นพื้นที่ขนาดใหญ่เป็นอิเล็กโทรดนำไฟฟ้าบางโปร่งใส การประยุกต์ใช้ ฟิสิกส์ Wright. 95(12), 123115(2009)
Balandin AA คุณสมบัติทางความร้อนของกราฟีนและวัสดุคาร์บอนที่มีโครงสร้างนาโน Nat. Matt. 10(8), 569–581 (2011)
Cheng KY, Brown PW และ Cahill DG การนำความร้อนของฟิล์มกราไฟต์ที่ปลูกบน Ni (111) โดยการสะสมไอเคมีที่อุณหภูมิต่ำ คำวิเศษณ์ Matt. Interface 3, 16 (2016)
Hesjedal, T. การเติบโตอย่างต่อเนื่องของฟิล์มกราฟีนโดยการสะสมไอเคมี การประยุกต์ใช้ ฟิสิกส์ ไรท์ 98(13), 133106(2011)