Ni ئۈستىدە يېرىم شەفاف گرافىت پەردىسىنى يېتىشتۈرۈش ۋە ئۇنىڭ ئىككى تەرەپلىك پولىمېرسىز يۆتكىلىشى

Nature.com غا كىرگىنىڭىزگە رەھمەت. سىز ئىشلىتىۋاتقان تور كۆرگۈچنىڭ نەشرىدە CSS قوللاش چەكلىك. ئەڭ ياخشى نەتىجىگە ئېرىشىش ئۈچۈن، تور كۆرگۈچنىڭ يېڭى نەشرىنى ئىشلىتىشىڭىزنى (ياكى Internet Explorer دا ماسلىشىشچانلىق ھالىتىنى چەكلىشىڭىزنى) تەۋسىيە قىلىمىز. بۇ ئارىلىقتا، داۋاملىق قوللاشنى كاپالەتلەندۈرۈش ئۈچۈن، بىز تور بېكەتنى ئۇسلۇبسىز ياكى JavaScriptسىز كۆرسىتىۋاتىمىز.
نانو ئۆلچەملىك گرافىت پىلاستىنكىلىرى (NGFs) كاتالىزاتورلۇق خىمىيىلىك پارغا چۆكتۈرۈش ئارقىلىق ئىشلەپچىقىرىلىدىغان كۈچلۈك نانوماتېرىياللار، ئەمما ئۇلارنىڭ يۆتكىلىش ئاسانلىقى ۋە يۈزەكى مورفولوگىيەسىنىڭ كېيىنكى ئەۋلاد ئۈسكۈنىلەردە ئىشلىتىلىشىگە قانداق تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقى توغرىسىدا سوئاللار مەۋجۇت. بۇ يەردە بىز پولىكرىستاللىق نىكېل يوپۇقىنىڭ ئىككى تەرىپىدىكى NGF نىڭ ئۆسۈشى (كۆلىمى 55 cm2، قېلىنلىقى تەخمىنەن 100 nm) ۋە ئۇنىڭ پولىمېرسىز يۆتكىلىشى (ئالدى ۋە ئارقا، كۆلىمى 6 cm2 گىچە) توغرىسىدا دوكلات بېرىمىز. كاتالىزاتور يوپۇقىنىڭ مورفولوگىيەسى سەۋەبىدىن، ئىككى كاربون پىلاستىنكىسى فىزىكىلىق خۇسۇسىيىتى ۋە باشقا ئالاھىدىلىكلىرى (مەسىلەن، يۈزەكى قوپاللىقى) جەھەتتە پەرقلىنىدۇ. بىز ئارقا تەرىپى قوپالراق بولغان NGF لارنىڭ NO2 بايقاشقا ماس كېلىدىغانلىقىنى، ئالدى تەرىپىدىكى سىلىق ۋە ئۆتكۈزگۈچ NGF لارنىڭ (2000 S/cm2، يوپۇق قارشىلىقى – 50 ئوم/m2) قۇياش باتارېيەسىنىڭ قانىلى ياكى ئېلېكترودىنىڭ ئۈنۈملۈك ئۆتكۈزگۈچ بولالايدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىمىز (چۈنكى ئۇ كۆرۈنگەن نۇرنىڭ %62 نى ئۆتكۈزىدۇ). ئومۇمەن قىلىپ ئېيتقاندا، تەسۋىرلەنگەن ئۆسۈش ۋە توشۇش جەريانلىرى گرافېن ۋە مىكرون قېلىنلىقتىكى گرافىت پەردىلىرى ماس كەلمەيدىغان تېخنىكىلىق قوللىنىشچان پروگراممىلاردا NGF نىڭ ئورنىنى ئالىدىغان كاربون ماتېرىيالى سۈپىتىدە ئىشقا ئاشۇرۇلۇشىغا ياردەم بېرىشى مۇمكىن.
گرافىت كەڭ كۆلەمدە ئىشلىتىلىدىغان سانائەت ماتېرىيالى. گرافىتنىڭ ماسسا زىچلىقى نىسبەتەن تۆۋەن، تەكشىلىكتىكى ئىسسىقلىق ۋە ئېلېكتر ئۆتكۈزۈشچانلىقى يۇقىرى بولۇش خۇسۇسىيىتى بار، شۇنداقلا قاتتىق ئىسسىقلىق ۋە خىمىيىلىك مۇھىتتا ناھايىتى مۇقىم بولىدۇ1،2. پارچىلىق گرافىت گرافېن تەتقىقاتى ئۈچۈن داڭلىق باشلانغۇچ ماتېرىيال3. نېپىز پەردىلەرگە پىششىقلاپ ئىشلەنگەندىن كېيىن، ئۇ ئەقلىي تېلېفون قاتارلىق ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئىسسىقلىق قاچىسى4،5،6،7، سېنزورلاردا ئاكتىپ ماتېرىيال سۈپىتىدە8،9،10 ۋە ئېلېكترو ماگنىتلىق ئارىلىشىشتىن قوغداش11،12 ۋە ھەددىدىن زىيادە ئۇلترابىنەفشە نۇردا لىتوگرافىيە ئۈچۈن پەردىلەر13،14، قۇياش باتارېيەسىدىكى ئۆتكۈزۈش قاناللىرى15،16 قاتارلىق كەڭ دائىرىلىك قوللىنىشچان پروگراممىلاردا ئىشلىتىشكە بولىدۇ. بۇ قوللىنىشچان پروگراممىلارنىڭ ھەممىسى ئۈچۈن، قېلىنلىقى <100 nm نانومېتىردا كونترول قىلىنىدىغان چوڭ دائىرىلىك گرافىت پەردىلىرى (NGFs) ئاسان ئىشلەپچىقىرىلىدىغان ۋە توشۇلىدىغان بولسا، بۇ زور ئەۋزەللىك بولىدۇ.
گرافىت پىلىنكىلىرى ھەر خىل ئۇسۇللار بىلەن ئىشلەپچىقىرىلىدۇ. بىر خىل ئەھۋالدا، گرافېن پارچىلىرىنى ئىشلەپچىقىرىش ئۈچۈن، سىڭدۈرۈش ۋە كېڭەيتىش ۋە ئاندىن پوستلاش ئۇسۇلى قوللىنىلغان10،11،17. پارچىلارنى تېخىمۇ پىششىقلاپ، لازىملىق قېلىنلىقتىكى پىلىنكىلارغا ئايلاندۇرۇش كېرەك، ھەمدە زىچ گرافىت پىلىنكىلىرىنى ئىشلەپچىقىرىش ئۈچۈن كۆپىنچە بىر قانچە كۈن ۋاقىت كېتىدۇ. يەنە بىر ئۇسۇل گرافىتلىنىدىغان قاتتىق ئالدىنقى ماددىلاردىن باشلاش. سانائەتتە، پولىمېر پىلىنكىلىرى كاربونلاشتۇرۇلۇپ (1000-1500 سېلسىيە گرادۇستا)، ئاندىن گرافىتلاشتۇرۇلۇپ (2800-3200 سېلسىيە گرادۇستا) ياخشى قۇرۇلمىلىق قاتلاملىق ماتېرىياللارنى ھاسىل قىلىدۇ. بۇ پىلىنكىلارنىڭ سۈپىتى يۇقىرى بولسىمۇ، ئېنېرگىيە سەرپىياتى زور1،18،19 ۋە ئەڭ تۆۋەن قېلىنلىقى بىر قانچە مىكرون1،18،19،20 بىلەنلا چەكلىنىدۇ.
كاتالىزاتورلۇق خىمىيىلىك پارغا چۆكمە قىلىش (CVD) يۇقىرى قۇرۇلما سۈپىتى ۋە مۇۋاپىق تەننەرخىگە ئىگە گرافېن ۋە ئۇلترا نېپىز گرافېت پەردىسى (<10 nm) ئىشلەپچىقىرىشنىڭ داڭلىق ئۇسۇلى21،22،23،24،25،26،27. قانداقلا بولمىسۇن، گرافېن ۋە ئۇلترا نېپىز گرافېت پەردىسىنىڭ ئۆسۈشىگە سېلىشتۇرغاندا28، CVD ئارقىلىق چوڭ دائىرىدە ئۆسۈش ۋە/ياكى NGF قوللىنىش تېخىمۇ ئاز تەتقىق قىلىنغان11،13،29،30،31،32،33.
CVD دا ئۆستۈرۈلگەن گرافېن ۋە گرافېت پىلاستىنكىلىرىنى كۆپىنچە ئىقتىدارلىق ئاساسىي تاختىلارغا يۆتكەش كېرەك34. بۇ نېپىز پىلاستىنكا يۆتكەش ئىككى ئاساسلىق ئۇسۇلنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ35: (1) ئويۇشسىز يۆتكەش36،37 ۋە (2) ئويۇش ئاساسىدا ھۆل خىمىيىلىك يۆتكەش (ئاساسلىق تىرەكلىك)14،34،38. ھەر بىر ئۇسۇلنىڭ بەزى ئەۋزەللىكلىرى ۋە كەمچىلىكلىرى بار بولۇپ، باشقا يەردە تەسۋىرلەنگەندەك، مەقسەتلىك قوللىنىشقا ئاساسەن تاللىنىشى كېرەك35،39. كاتالىزاتور ئاساسىي تاختىلاردا ئۆستۈرۈلگەن گرافېن/گرافېت پىلاستىنكىلىرى ئۈچۈن، ھۆل خىمىيىلىك جەريانلار ئارقىلىق يۆتكەش (بۇنىڭ ئىچىدە پولىمېتىل مېتاكرىلات (PMMA) ئەڭ كۆپ ئىشلىتىلىدىغان تىرەك قەۋىتى) بىرىنچى تاللاش بولۇپ قالىدۇ13،30،34،38،40،41،42. سىز قاتارلىقلار. NGF يۆتكەش ئۈچۈن ھېچقانداق پولىمېر ئىشلىتىلمىگەنلىكى تىلغا ئېلىندى (ئۈلگە چوڭلۇقى تەخمىنەن 4 cm2)25،43، ئەمما يۆتكەش جەريانىدىكى ئۈلگە مۇقىملىقى ۋە/ياكى بىر تەرەپ قىلىش توغرىسىدا ھېچقانداق تەپسىلاتلار بېرىلمىدى؛ پولىمېر ئىشلىتىپ ھۆل خىمىيە جەريانلىرى بىر قانچە باسقۇچتىن تەركىب تاپقان، بۇنىڭ ئىچىدە قۇربانلىق پولىمېر قەۋىتىنى قوللىنىش ۋە كېيىن چىقىرىۋېتىش قاتارلىقلار بار30،38،40،41،42. بۇ جەرياننىڭ كەمچىلىكى بار: مەسىلەن، پولىمېر قالدۇقلىرى ئۆستۈرۈلگەن پەردىنىڭ خۇسۇسىيىتىنى ئۆزگەرتىۋېتىشى مۇمكىن38. قوشۇمچە بىر تەرەپ قىلىش قالدۇق پولىمېرنى چىقىرىۋېتەلەيدۇ، ئەمما بۇ قوشۇمچە باسقۇچلار پەردە ئىشلەپچىقىرىش تەننەرخى ۋە ۋاقتىنى ئاشۇرىدۇ38،40. CVD ئۆسۈش جەريانىدا، بىر قەۋەت گرافېن كاتالىزاتور يوپۇقىنىڭ ئالدى تەرىپىگە (پار ئېقىمىغا قارىغان تەرىپى)لا ئەمەس، بەلكى ئۇنىڭ ئارقا تەرىپىگىمۇ چۆكۈپ قالىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، كېيىنكىسى قالدۇق مەھسۇلات دەپ قارىلىدۇ ۋە يۇمشاق پلازما ئارقىلىق تېز چىقىرىۋېتىلىدۇ38،41. بۇ پەردىنى قايتا ئىشلەش، يۈز كاربون پەردىسىدىن تۆۋەن سۈپەتلىك بولسىمۇ، مەھسۇلات مىقدارىنى ئەڭ يۇقىرى چەككە يەتكۈزۈشكە ياردەم بېرىدۇ.
بۇ يەردە، بىز CVD ئۇسۇلى ئارقىلىق پولىكرىستاللىق نىكېل يوپۇقىغا يۇقىرى قۇرۇلما سۈپىتىگە ئىگە NGF نىڭ ۋافېر ئۆلچىمىدىكى ئىككى يۈزلۈك ئۆسۈشىنى تەييارلاشنى دوكلات قىلىمىز. يوپۇقنىڭ ئالدى ۋە ئارقا يۈزىنىڭ پۇراقلىقىنىڭ NGF نىڭ مورفولوگىيەسى ۋە قۇرۇلمىسىغا قانداق تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقى باھالاندى. بىز يەنە NGF نىڭ نىكېل يوپۇقىنىڭ ئىككى تەرىپىدىن كۆپ ئىقتىدارلىق ئاساسقا ئەرزان ۋە مۇھىت ئاسرايدىغان پولىمېرسىز يۆتكىلىشىنى نامايان قىلدۇق ھەمدە ئالدى ۋە ئارقا پەردىلەرنىڭ ھەر خىل قوللىنىشچان پروگراممىلارغا قانداق ماس كېلىدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىمىز.
تۆۋەندىكى بۆلۈملەردە گرافىت پەردىسىنىڭ قېلىنلىقى قاتلانغان گرافىت قەۋىتىنىڭ سانىغا ئاساسەن مۇھاكىمە قىلىنىدۇ: (i) بىر قەۋەتلىك گرافىت (SLG، 1 قەۋەت)، (ii) بىر قانچە قەۋەتلىك گرافىت (FLG، < 10 قەۋەت)، (iii) كۆپ قەۋەتلىك گرافىت (MLG، 10-30 قەۋەت) ۋە (iv) NGF (~300 قەۋەت). كېيىنكىسى ئەڭ كۆپ ئۇچرايدىغان قېلىنلىق بولۇپ، كۆلىمىنىڭ نىسبىتى بىلەن ئىپادىلىنىدۇ (ھەر 100 µm2 دا تەخمىنەن 97% كۆلەم)30. شۇڭلاشقا پۈتۈن پەردە ئاددىيلا NGF دەپ ئاتىلىدۇ.
گرافېن ۋە گرافېت پىلاستىنكىلىرىنى بىرىكتۈرۈشتە ئىشلىتىلىدىغان كۆپ كىرىستاللىق نىكېل يوپۇرمىقى ئىشلەپچىقىرىش ۋە كېيىنكى پىششىقلاش نەتىجىسىدە ئوخشىمايدىغان توقۇلمىلارغا ئىگە. يېقىندا بىز NGF30 نىڭ ئۆسۈش جەريانىنى ئەلالاشتۇرۇش ئۈچۈن بىر تەتقىقات دوكلاتىنى يوللىدۇق. بىز ئۆسۈش باسقۇچىدىكى قىزىتىش ۋاقتى ۋە كامېرا بېسىمى قاتارلىق جەريان پارامېتىرلىرىنىڭ بىردەك قېلىنلىقتىكى NGF لارنى قولغا كەلتۈرۈشتە مۇھىم رول ئوينايدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بەردۇق. بۇ يەردە، بىز نىكېل يوپۇرمىقىنىڭ سىلىقلانغان ئالدى (FS) ۋە سىلىقلانمىغان ئارقا (BS) يۈزىدىكى NGF نىڭ ئۆسۈشىنى تېخىمۇ تەكشۈردۇق (1a-رەسىم). 1-جەدۋەلدە كۆرسىتىلگەن ئۈچ خىل FS ۋە BS ئەۋرىشكىسى تەكشۈرۈلدى. كۆرۈش ئارقىلىق، نىكېل يوپۇرمىقىنىڭ (NiAG) ئىككى تەرىپىدىكى NGF نىڭ بىردەك ئۆسۈشىنى كۆپ مىقداردىكى Ni ئاساسىنىڭ رەڭگىنىڭ خاس مېتال كۈمۈش كۈلرەڭدىن مات كۈلرەڭگە ئۆزگىرىشىدىن كۆرگىلى بولىدۇ (1a-رەسىم); مىكروسكوپ ئۆلچەشلىرى جەزملەشتۈرۈلدى (1b، c-رەسىم). پارقىراق رايوندا كۆزىتىلگەن ۋە 1b-رەسىمدىكى قىزىل، كۆك ۋە قىزغۇچ سېرىق رەڭلىك كۆرسەتكۈچلەر بىلەن كۆرسىتىلگەن FS-NGF نىڭ تىپىك رامان سپېكتىرى 1c-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. گرافىت G (1683 cm−1) ۋە 2D (2696 cm−1) نىڭ خاراكتېرلىك رامان چوققىلىرى يۇقىرى كرىستاللىق NGF نىڭ ئۆسۈشىنى جەزملەشتۈرىدۇ (1c-رەسىم، SI1-جەدۋەل). پۈتۈن فىلىمدە، كۈچلۈكلۈك نىسبىتى (I2D/IG) ~0.3 بولغان رامان سپېكتىرىنىڭ ئۈستۈنلۈكى كۆزىتىلدى، I2D/IG = 0.8 بولغان رامان سپېكتىرى بولسا ئاز كۆرۈلدى. پۈتۈن فىلىمدە نۇقسانلىق چوققىلارنىڭ (D = 1350 cm−1) يوقلۇقى NGF ئۆسۈشىنىڭ يۇقىرى سۈپىتىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. BS-NGF ئەۋرىشكىسىدىمۇ ئوخشاش رامان نەتىجىلىرى قولغا كەلتۈرۈلدى (SI1 a ۋە b-رەسىم، SI1-جەدۋەل).
NiAG FS- ۋە BS-NGF نى سېلىشتۇرۇش: (a) ۋافېر ئۆلچىمىدە (55 cm2) NGF ئۆسۈشىنى كۆرسىتىدىغان ئادەتتىكى NGF (NiAG) ئەۋرىشكىسىنىڭ سۈرىتى ۋە نەتىجىدە ھاسىل بولغان BS- ۋە FS-Ni يوپۇرماق ئەۋرىشكىلىرى، (b) ئوپتىكىلىق مىكروسكوپ ئارقىلىق ئېلىنغان FS-NGF رەسىملىرى/Ni، (c) b تاختىسىدىكى ئوخشىمىغان ئورۇنلاردا خاتىرىلەنگەن ئادەتتىكى رامان سپېكتىرى، (d, f) FS-NGF/Ni دا ئوخشىمىغان چوڭايتىشتىكى SEM رەسىملىرى، (e, g) ئوخشىمىغان چوڭايتىشتىكى SEM رەسىملىرى BS -NGF/Ni نى تەڭشەيدۇ. كۆك كۆرسەتكۈچ FLG رايونىنى، قىزغۇچ سېرىق كۆرسەتكۈچ MLG رايونىنى (FLG رايونىغا يېقىن)، قىزىل كۆرسەتكۈچ NGF رايونىنى ۋە قىزىل كۆرسەتكۈچ قاتلىنىشنى كۆرسىتىدۇ.
ئۆسۈش دەسلەپكى ئاساسنىڭ قېلىنلىقى، كىرىستال چوڭلۇقى، يۆنىلىشى ۋە دانچە چېگرىسىغا باغلىق بولغاچقا، چوڭ رايونلاردا NGF قېلىنلىقىنى مۇۋاپىق كونترول قىلىشقا ئېرىشىش يەنىلا قىيىن مەسىلە بولۇپ قالدى20،34،44. بۇ تەتقىقاتتا بىز ئىلگىرى ئېلان قىلغان مەزمۇنلار ئىشلىتىلگەن30. بۇ جەريان ھەر 100 µm دا 0.1 دىن %3 كىچە يورۇق رايون ھاسىل قىلىدۇ230. كېيىنكى بۆلۈملەردە، بىز ھەر ئىككى خىل رايوننىڭ نەتىجىلىرىنى كۆرسىتىمىز. يۇقىرى چوڭايتىلغان SEM رەسىملىرى ئىككى تەرەپتە بىر قانچە يورۇق كونتراست رايوننىڭ بارلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ (1f، g-رەسىم)، بۇ FLG ۋە MLG رايونلىرىنىڭ بارلىقىنى كۆرسىتىدۇ30،45. بۇنى رامان چېچىلىشى (1c-رەسىم) ۋە TEM نەتىجىلىرىمۇ جەزملەشتۈردى (كېيىنكى «FS-NGF: قۇرۇلمىسى ۋە خۇسۇسىيەتلىرى» بۆلۈمىدە مۇھاكىمە قىلىنىدۇ). FS- ۋە BS-NGF/Ni ئەۋرىشكىلىرىدە كۆزىتىلگەن FLG ۋە MLG رايونلىرى (Ni ئۈستىدە ئۆستۈرۈلگەن ئالدى ۋە ئارقا NGF) ئالدىن قىزىتىش جەريانىدا شەكىللەنگەن چوڭ Ni(111) دانچىلىرىدا ئۆسكەن بولۇشى مۇمكىن22،30،45. ئىككى تەرەپتىن قاتلىنىش كۆزىتىلدى (1b-رەسىم، بىنەپشە رەڭلىك ئوقلار بىلەن بەلگىلەنگەن). بۇ قاتلىنىشلار كۆپىنچە CVD دا ئۆستۈرۈلگەن گرافېن ۋە گرافېت پىلاستىنكىلىرىدا كۆرۈلىدۇ، چۈنكى گرافېت بىلەن نىكېل ئاساسى ئوتتۇرىسىدىكى ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى چوڭ پەرقلىنىدۇ30،38.
AFM رەسىمى FS-NGF ئەۋرىشكىسىنىڭ BS-NGF ئەۋرىشكىسىگە قارىغاندا تەكشى ئىكەنلىكىنى جەزملەشتۈردى (SI1-رەسىم) (SI2-رەسىم). FS-NGF/Ni (SI2c-رەسىم) ۋە BS-NGF/Ni (SI2d-رەسىم) نىڭ ئوتتۇرىچە كۋادرات (RMS) گۈرۈچلۈك قىممىتى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 82 ۋە 200 nm (20 × 20 μm2 كۆلەمدە ئۆلچەنگەن). يۇقىرى گۈرۈچلۈكنى نىكېل (NiAR) يوپۇرمىقىنىڭ قوبۇل قىلىنغان ھالىتىدىكى يۈزە ئانالىزىغا ئاساسەن چۈشىنىشكە بولىدۇ (SI3-رەسىم). FS ۋە BS-NiAR نىڭ SEM رەسىملىرى SI3a–d رەسىملىرىدە كۆرسىتىلدى، بۇ رەسىملەردە ھەر خىل يۈزە شەكىللىرى كۆرسىتىلدى: سىلىقلانغان FS-Ni يوپۇرمىقىدا نانو ۋە مىكرون چوڭلۇقتىكى شار شەكىللىك زەررىچىلەر بار، سىلىقلانمىغان BS-Ni يوپۇرمىقىدا بولسا يۇقىرى كۈچلۈكلۈك ۋە چېكىنىش كۈچىگە ئىگە زەررىچىلەر سۈپىتىدە ئىشلەپچىقىرىش نەردىۋىنى كۆرسىتىلدى. SI3e–h رەسىمىدە سىلىقلانغان نىكېل يوپۇرمىقىنىڭ (NiA) تۆۋەن ۋە يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى رەسىملىرى كۆرسىتىلدى. بۇ رەسىملەردە، نىكېل يوپۇرمىقىنىڭ ئىككى تەرىپىدە بىر قانچە مىكرون چوڭلۇقتىكى نىكېل زەررىچىلىرىنىڭ بارلىقىنى كۆرەلەيمىز (SI3e–h-رەسىم). چوڭ دانچىلارنىڭ ئىلگىرى خەۋەر قىلىنغاندەك Ni(111) يۈز يۆنىلىشى بولۇشى مۇمكىن30،46. FS-NiA بىلەن BS-NiA ئوتتۇرىسىدا نىكېل يوپۇرمىقىنىڭ شەكلىدە زور پەرق بار. BS-NGF/Ni نىڭ يۇقىرى داغلىقلىقى BS-NiAR نىڭ سىلىقلانمىغان يۈزىدىن كېلىپ چىققان بولۇپ، ئۇنىڭ يۈزى تاتلىقلانغاندىن كېيىنمۇ كۆرۈنەرلىك دەرىجىدە داغلىق بولۇپ قالىدۇ (SI3-رەسىم). ئۆسۈش جەريانىدىن بۇرۇنقى بۇ خىل يۈز خاراكتېرى گرافېن ۋە گرافېت پەردىلىرىنىڭ داغلىقلىقىنى كونترول قىلىشقا يول قويىدۇ. شۇنى ئەسكەرتىش كېرەككى، دەسلەپكى ئاساس گرافېن ئۆسۈش جەريانىدا بەزى دانچىلارنى قايتا تەشكىللىگەن، بۇ تاتلىق يوپۇرماق ۋە كاتالىزاتور پەردىسىگە سېلىشتۇرغاندا دانچىلارنىڭ چوڭلۇقىنى ئازراق كىچىكلىتىپ، ئاساسنىڭ يۈز داغلىقلىقىنى ئازراق ئاشۇرغان22.
ئاساسىي قاتلام يۈزىنىڭ پۇختىلىقىنى، قىزىتىش ۋاقتىنى (دانچە چوڭلۇقى)30،47 ۋە قويۇپ بېرىشنى كونترول قىلىشنى43 ئىنچىكە تەڭشەش رايون خاراكتېرلىك NGF قېلىنلىقىنىڭ بىردەكلىكىنى µm2 ۋە/ياكى ھەتتا nm2 ئۆلچىمىگىچە تۆۋەنلىتىشكە ياردەم بېرىدۇ (يەنى، بىر قانچە نانومېتىر قېلىنلىقتىكى ئۆزگىرىشلەر). ئاساسىي قاتلامنىڭ يۈزىنىڭ پۇختىلىقىنى كونترول قىلىش ئۈچۈن، ھاسىل بولغان نىكېل يوپۇرمىقىنى ئېلېكترولىتلىق سىلىقلاش قاتارلىق ئۇسۇللارنى قوللىنىشقا بولىدۇ48. ئاندىن ئالدىن بىر تەرەپ قىلىنغان نىكېل يوپۇرمىقىنى تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا (<900 °C)46 ۋە ۋاقىت (<5 مىنۇت) قىزىتىپ، چوڭ Ni(111) دانچىلىرىنىڭ شەكىللىنىشىنىڭ ئالدىنى ئېلىشقا بولىدۇ (بۇ FLG نىڭ ئۆسۈشى ئۈچۈن پايدىلىق).
SLG ۋە FLG گرافېن كىسلاتا ۋە سۇنىڭ يۈزەكى تارتىلىشىغا بەرداشلىق بېرەلمەيدۇ، شۇڭا ھۆل خىمىيىلىك يۆتكەش جەريانىدا مېخانىكىلىق قوللاش قەۋىتى تەلەپ قىلىنىدۇ22،34،38. پولىمېر بىلەن تەمىنلەنگەن بىر قەۋەتلىك گرافېننىڭ ھۆل خىمىيىلىك يۆتكەشىدىن پەرقلىق ھالدا38، بىز 2a-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك (تېخىمۇ كۆپ تەپسىلاتلار ئۈچۈن SI4a-رەسىمگە قاراڭ) ئۆستۈرۈلگەن NGF نىڭ ئىككى تەرىپىنى پولىمېر قوللاشسىز يۆتكىگىلى بولىدىغانلىقىنى بايقىدۇق. NGF نى بېرىلگەن ئاساسقا يۆتكەش ئاستىدىكى Ni30.49 پەردىسىنى ھۆل ئويۇش ئارقىلىق باشلىنىدۇ. ئۆستۈرۈلگەن NGF/Ni/NGF ئەۋرىشكىلىرى 600 مىللىلىتىر دېئونلاشتۇرۇلغان (DI) سۇ بىلەن سۇيۇلدۇرۇلغان 15 مىللىلىتىر %70 HNO3 غا بىر كېچە قويۇلدى. Ni يوپۇرمىقى تولۇق ئېرىگەندىن كېيىن، FS-NGF تەكشى ھالەتتە تۇرىدۇ ۋە NGF/Ni/NGF ئەۋرىشكىسىگە ئوخشاش سۇيۇقلۇقنىڭ يۈزىدە لەيلەپ تۇرىدۇ، BS-NGF بولسا سۇغا چىلىنىدۇ (2a،b-رەسىم). ئاندىن ئايرىۋېتىلگەن NGF يېڭى ئىئونسىزلاشتۇرۇلغان سۇ قاچىلانغان بىر ئىستاكاندىن يەنە بىر ئىستاكانغا يۆتكەلدى ۋە ئايرىۋېتىلگەن NGF پۈتۈنلەي يۇيۇلدى، بۇ جەريان ئىچكى قىسىمدىكى ئەينەك قاچىدىن تۆت قېتىمدىن ئالتە قېتىمغىچە تەكرارلاندى. ئاخىرىدا، FS-NGF ۋە BS-NGF ئارزۇ قىلىنغان ئاساسقا قويۇلدى (2c-رەسىم).
نىكېل يوپۇرمىقىغا ئۆستۈرۈلگەن NGF نىڭ پولىمېرسىز ھۆل خىمىيىلىك يۆتكەش جەريانى: (a) جەريان ئېقىمى دىئاگراممىسى (تېخىمۇ كۆپ تەپسىلاتلار ئۈچۈن SI4-رەسىمگە قاراڭ)، (b) Ni ئويۇلغاندىن كېيىن ئايرىلغان NGF نىڭ رەقەملىك سۈرىتى (2 ئەۋرىشكە)، (c) FS – ۋە BS-NGF نىڭ SiO2/Si ئاساسىغا يۆتكىلىشى مىسالى، (d) FS-NGF نىڭ تۇتۇق پولىمېر ئاساسىغا يۆتكىلىشى، (e) d تاختىسى بىلەن ئوخشاش ئەۋرىشكەدىن ئېلىنغان BS-NGF (ئىككى قىسىمغا بۆلۈنگەن)، ئالتۇن يالىتىلغان C قەغىزى ۋە Nafion غا يۆتكىلىدۇ (ئېلاستىكىلىق سۈزۈك ئاساسى، گىرۋىكى قىزىل بۇلۇڭ بىلەن بەلگە قويۇلغان).
ھۆل خىمىيىلىك يۆتكەش ئۇسۇلى ئارقىلىق ئېلىپ بېرىلغان SLG يۆتكەش ئومۇمىي بىر تەرەپ قىلىش ۋاقتىنىڭ 20-24 سائەت ئىكەنلىكىنى ئەسكەرتىمىز 38. بۇ يەردە كۆرسىتىلگەن پولىمېرسىز يۆتكەش تېخنىكىسى ئارقىلىق (SI4a-رەسىم)، NGF يۆتكەش ئومۇمىي بىر تەرەپ قىلىش ۋاقتى كۆرۈنەرلىك دەرىجىدە قىسقارتىلىدۇ (تەخمىنەن 15 سائەت). بۇ جەريان تۆۋەندىكىلەردىن تەركىب تاپىدۇ: (1-قەدەم) ئويۇش ئېرىتمىسى تەييارلاپ، ئەۋرىشكەنى ئۇنىڭغا سېلىڭ (~10 مىنۇت)، ئاندىن Ni ئويۇش ئۈچۈن بىر كېچە ساقلاڭ (~7200 مىنۇت)، (2-قەدەم) دېئونلاشتۇرۇلغان سۇ بىلەن چايقىۋېتىڭ (- 3-قەدەم). دېئونلاشتۇرۇلغان سۇدا ساقلاڭ ياكى نىشانلىق ئاساسقا يۆتكىڭ (20 مىنۇت). NGF بىلەن چوڭ ماترىتسا ئارىسىغا چۈشۈپ قالغان سۇ كاپىللار ھەرىكىتى ئارقىلىق چىقىرىۋېتىلىدۇ (داغلاش قەغىزى ئارقىلىق) 38، ئاندىن قالغان سۇ تامچىلىرى تەبىئىي قۇرۇتۇش ئارقىلىق چىقىرىۋېتىلىدۇ (تەخمىنەن 30 مىنۇت)، ئاخىرىدا ئەۋرىشكە ۋاكۇئۇم ئوچاقتا (10-1 mbar) 50-90 سېلسىيە گرادۇستا (60 مىنۇت) 10 مىنۇت قۇرۇتۇلىدۇ 38.
گرافىتنىڭ يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا (≥ 200 °C) سۇ ۋە ھاۋانىڭ مەۋجۇتلۇقىغا بەرداشلىق بېرەلەيدىغانلىقى مەلۇم50،51،52. بىز ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا ئىئونسىزلاندۇرۇلغان سۇدا ۋە پېچەتلەنگەن بوتۇلكىلاردا بىر نەچچە كۈندىن بىر يىلغىچە ساقلانغاندىن كېيىن، رامان سپېكتروسكوپىيەسى، SEM ۋە XRD ئارقىلىق ئەۋرىشكىلەرنى سىناق قىلدۇق (SI4-رەسىم). كۆرۈنەرلىك پارچىلىنىش كۆرۈلمىدى. 2c-رەسىمدە ئىئونسىزلاندۇرۇلغان سۇدىكى مۇستەقىل تۇرغان FS-NGF ۋە BS-NGF كۆرسىتىلگەن. بىز ئۇلارنى 2c-رەسىمنىڭ بېشىدا كۆرسىتىلگەندەك، SiO2 (300 nm)/Si ئاساسىغا تۇتتۇق. بۇنىڭدىن باشقا، 2d،e-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، ئۈزلۈكسىز NGF پولىمېر (Nexolve ۋە Nafion دىن كەلگەن Thermabright پولىئامىد) ۋە ئالتۇن بىلەن قاپلانغان كاربون قەغەز قاتارلىق ھەر خىل ئاساسىغا يۆتكىگىلى بولىدۇ. سۇ ئۈستىدە suzuvchi FS-NGF نىشان ئاساسىغا ئاسانلا قويۇلدى (2c، d-رەسىم). قانداقلا بولمىسۇن، 3 cm2 دىن چوڭ BS-NGF ئەۋرىشكىلىرىنى سۇغا تولۇق چىلىغاندا بىر تەرەپ قىلىش تەس بولدى. ئادەتتە، ئۇلار سۇدا دومىلاشقا باشلىغاندا، ئېھتىياتسىزلىق بىلەن ئىشلىتىش سەۋەبىدىن بەزىدە ئىككى ياكى ئۈچ قىسىمغا بۆلۈنۈپ كېتىدۇ (2e-رەسىم). ئومۇمەن قىلىپ ئېيتقاندا، بىز كۆلىمى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 6 ۋە 3 cm2 گىچە بولغان ئەۋرىشكىلەر ئۈچۈن PS- ۋە BS-NGF نىڭ پولىمېرسىز يۆتكىلىشىنى (NGF/Ni/NGF نىڭ ئۆسۈشىسىز 6 cm2 دا ئۈزلۈكسىز ئۈزۈلمەس يۆتكىلىشى) ئەمەلگە ئاشۇردۇق. قالغان چوڭ ياكى كىچىك پارچىلارنى (ئويۇش ئېرىتمىسى ياكى ئىئونسىزلاشتۇرۇلغان سۇدا ئاسانلا كۆرگىلى بولىدۇ)، ئېھتىياجلىق ئاساسقا (~1 mm2، SI4b-رەسىم، ئەۋرىشكىنى «FS-NGF: قۇرۇلما ۋە خۇسۇسىيەتلەر (قۇرۇلما ۋە خۇسۇسىيەتلەر» ئاستىدا مۇھاكىمە قىلىنىدۇ) مىس تورىغا يۆتكىگىلى ياكى كەلگۈسىدە ئىشلىتىش ئۈچۈن ساقلىغىلى بولىدۇ (SI4-رەسىم). بۇ ئۆلچەمگە ئاساسەن، بىز NGF نىڭ %98-99 گىچە بولغان مەھسۇلات مىقدارىنى (ئۆسۈش ئۈچۈن يۆتكىلىشتىن كېيىن) قايتۇرۇۋالغىلى بولىدىغانلىقىنى مۆلچەرلىدۇق.
پولىمېرسىز يۆتكەش ئەۋرىشكىلىرى تەپسىلىي تەھلىل قىلىندى. ئوپتىكىلىق مىكروسكوپ (OM) ۋە SEM رەسىملىرى (SI5 ۋە 3-رەسىم) ئارقىلىق FS- ۋە BS-NGF/SiO2/Si (2c-رەسىم) دا قولغا كەلتۈرۈلگەن يۈزەكى مورفولوگىيىلىك ئالاھىدىلىكلەر بۇ ئەۋرىشكىلەرنىڭ مىكروسكوپسىز يۆتكىلىپ كەلگەنلىكىنى كۆرسەتتى. يېرىق، تۆشۈك ياكى ئېچىلمىغان جايلار قاتارلىق كۆرۈنىدىغان قۇرۇلما بۇزۇلۇشلىرى بار. ئۆسۈۋاتقان NGF دىكى قاتلىنىشلار (3b، d-رەسىم، بىنەپشە رەڭلىك ئوقلار بىلەن بەلگىلەنگەن) يۆتكىلىپ بولغاندىن كېيىنمۇ ساقلىنىپ قالدى. FS- ۋە BS-NGF لارنىڭ ھەر ئىككىسى FLG رايونلىرىدىن تەركىب تاپقان (3-رەسىمدە كۆك ئوقلار بىلەن كۆرسىتىلگەن پارلاق رايونلار). ھەيران قالارلىقى شۇكى، ئادەتتە ئۇلترا نېپىز گرافىت پىلاستىنكىلىرىنىڭ پولىمېر يۆتكىلىشى جەريانىدا كۆزىتىلگەن ئاز ساندىكى بۇزۇلغان رايونلاردىن پەرقلىق ھالدا، NGF غا ئۇلىنىدىغان بىر قانچە مىكرون چوڭلۇقتىكى FLG ۋە MLG رايونلىرى (3d-رەسىمدە كۆك ئوقلار بىلەن بەلگىلەنگەن) يېرىق ياكى ئۈزۈلمەي يۆتكىلىپ كەلدى (3d-رەسىم). . كېيىن مۇھاكىمە قىلىنغاندەك («FS-NGF: قۇرۇلما ۋە خۇسۇسىيەتلەر»)، تور-كاربون مىس تورلىرىغا يۆتكىلىپ كەلگەن NGF نىڭ TEM ۋە SEM رەسىملىرى ئارقىلىق مېخانىكىلىق پۈتۈنلۈك تېخىمۇ دەلىللەندى. يۆتكىلىپ كەلگەن BS-NGF/SiO2/Si نىڭ rms قىممىتى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 140 nm ۋە 17 nm بولۇپ، SI6a ۋە b رەسىملىرىدە كۆرسىتىلگەندەك (20 × 20 μm2)، FS-NGF/SiO2/Si دىن قوپالراق. SiO2/Si ئاساسىغا يۆتكىلىپ كەلگەن NGF نىڭ RMS قىممىتى (RMS < 2 nm) Ni دا ئۆستۈرۈلگەن NGF دىن كۆرۈنەرلىك دەرىجىدە تۆۋەن (تەخمىنەن 3 ھەسسە) (SI2 رەسىم)، بۇ قوشۇمچە قوپاللىقنىڭ Ni يۈزىگە ماس كېلىشى مۇمكىنلىكىنى كۆرسىتىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، FS- ۋە BS-NGF/SiO2/Si ئەۋرىشكىلىرىنىڭ گىرۋىكىدە ئېلىپ بېرىلغان AFM رەسىملىرىدە NGF نىڭ قېلىنلىقى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 100 nm ۋە 80 nm بولغان (SI7 رەسىم). BS-NGF نىڭ قېلىنلىقىنىڭ كىچىك بولۇشى يۈزنىڭ ئالدىنقى گازغا بىۋاسىتە ئۇچرىمىغانلىقىنىڭ نەتىجىسى بولۇشى مۇمكىن.
SiO2/Si لېنتىسىدىكى پولىمېرسىز يۆتكىلىپ NGF (NiAG) (2c-رەسىمگە قاراڭ): (a,b) يۆتكىلىپ FS-NGF نىڭ SEM رەسىملىرى: تۆۋەن ۋە يۇقىرى چوڭايتىش (پانېلدىكى قىزغۇچ سېرىق كۋادراتقا ماس كېلىدۇ). ئادەتتىكى رايونلار) – a). (c,d) يۆتكىلىپ BS-NGF نىڭ SEM رەسىملىرى: تۆۋەن ۋە يۇقىرى چوڭايتىش (c پانېلدىكى قىزغۇچ سېرىق كۋادرات بىلەن كۆرسىتىلگەن ئادەتتىكى رايونغا ماس كېلىدۇ). (e, f) يۆتكىلىپ FS- ۋە BS-NGF نىڭ AFM رەسىملىرى. كۆك ئوق FLG رايونىنى كۆرسىتىدۇ – پارلاق كونتراست، كۆك ئوق – قارا MLG كونتراست، قىزىل ئوق – قارا كونتراست NGF رايونىنى، قىزىل ئوق قاتلىنىشنى كۆرسىتىدۇ.
ئۆستۈرۈلگەن ۋە يۆتكەلگەن FS- ۋە BS-NGF لارنىڭ خىمىيىلىك تەركىبى رېنتىگېن فوتوئېلېكترون سپېكتروسكوپىيەسى (XPS) ئارقىلىق تەھلىل قىلىندى (4-رەسىم). ئۆلچەنگەن سپېكتردا ئاجىز چوققا كۆزىتىلدى (4a، b-رەسىم)، بۇ ئۆستۈرۈلگەن FS- ۋە BS-NGF لارنىڭ (NiAG) Ni ئاساسىغا (850 eV) ماس كېلىدۇ. يۆتكەلگەن FS- ۋە BS-NGF/SiO2/Si نىڭ ئۆلچەنگەن سپېكترلىرىدا چوققا يوق (4c-رەسىم؛ BS-NGF/SiO2/Si نىڭ ئوخشاش نەتىجىلىرى كۆرسىتىلمىگەن)، بۇ يۆتكەلگەندىن كېيىن قالدۇق Ni بۇلغىنىشىنىڭ يوقلۇقىنى كۆرسىتىدۇ. 4d–f-رەسىملەردە FS-NGF/SiO2/Si نىڭ C 1 s، O 1 s ۋە Si 2p ئېنېرگىيە سەۋىيىسىنىڭ يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى سپېكترى كۆرسىتىلدى. گرافىتنىڭ C 1 s نىڭ باغلىنىش ئېنېرگىيەسى 284.4 eV53.54. گرافىت چوققىلىرىنىڭ سىزىقلىق شەكلى ئادەتتە ئاسسىمېترىك دەپ قارىلىدۇ، بۇ 4d54-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك. يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى يادرولۇق دەرىجىلىك C1s سپېكتىرى (4d-رەسىم) يەنە ساپ يۆتكىلىشنى (يەنى پولىمېر قالدۇقى يوق) جەزملەشتۈردى، بۇ ئىلگىرىكى تەتقىقاتلار بىلەن ماس كېلىدۇ38. يېڭى ئۆستۈرۈلگەن ئەۋرىشكىنىڭ (NiAG) ۋە يۆتكىلىشتىن كېيىنكى C1s سپېكتىرىنىڭ سىزىق كەڭلىكى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 0.55 ۋە 0.62 eV. بۇ قىممەتلەر SLG نىڭكىدىن يۇقىرى (SiO2 ئاساسىدىكى SLG ئۈچۈن 0.49 eV)38. قانداقلا بولمىسۇن، بۇ قىممەتلەر ئىلگىرى يۇقىرى يۆنىلىشلىك پىرولىتلىق گرافېن ئەۋرىشكىلىرىنىڭ سىزىق كەڭلىكىدىن كىچىك (~0.75 eV)53،54،55، بۇ ھازىرقى ماتېرىيالدا نۇقسانلىق كاربون ئورۇنلىرىنىڭ يوقلۇقىنى كۆرسىتىدۇ. C1s ۋە O1s يەر يۈزى سپېكتىرىدىمۇ مۈرىلەر يوق، بۇ يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى چوققا پارچىلاش ئېھتىياجىنى يوقىتىدۇ54. 291.1 eV ئەتراپىدا π → π* سۈنئىي ھەمراھ چوققىسى بار، بۇ كۆپىنچە گرافىت ئەۋرىشكىلىرىدە كۆزىتىلىدۇ. Si 2p ۋە O 1 s يادرولۇق سەۋىيە سپېكتىرىدىكى 103 eV ۋە 532.5 eV سىگناللار (4e، f-رەسىمگە قاراڭ) ئايرىم-ئايرىم ھالدا SiO2 56 ئاساسىي ماتېرىيالىغا تەۋە. XPS يۈزەكى سەزگۈر تېخنىكا، شۇڭا NGF يۆتكىلىشتىن بۇرۇن ۋە كېيىن بايقالغان Ni ۋە SiO2 غا ماس كېلىدىغان سىگناللار FLG رايونىدىن كەلگەن دەپ قارىلىدۇ. يۆتكىلىپ كەلگەن BS-NGF ئەۋرىشكىلىرىدىمۇ ئوخشاش نەتىجىلەر كۆزىتىلدى (كۆرسىتىلمىگەن).
NiAG XPS نەتىجىسى: (ac) ئايرىم-ئايرىم ھالدا ئۆستۈرۈلگەن FS-NGF/Ni، BS-NGF/Ni ۋە يۆتكەلگەن FS-NGF/SiO2/Si نىڭ ھەر خىل ئېلېمېنت ئاتوم تەركىبلىرىنىڭ تەكشۈرۈش سپېكتىرى. (d–f) FS-NGF/SiO2/Si ئەۋرىشكىسىنىڭ يادرولۇق سەۋىيەلىرى C 1 s، O 1s ۋە Si 2p نىڭ يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى سپېكتىرى.
يۆتكىلىپ كەلگەن NGF كىرىستاللىرىنىڭ ئومۇمىي سۈپىتى رېنتىگېن نۇرى دىفراكسىيەسى (XRD) ئارقىلىق باھالانغان. يۆتكىلىپ كەلگەن FS- ۋە BS-NGF/SiO2/Si نىڭ تىپىك XRD ئەندىزىسى (SI8-رەسىم) گرافىتقا ئوخشاش 26.6° ۋە 54.7° دا دىفراكسىيە چوققىلىرى (0 0 0 2) ۋە (0 0 0 4) نىڭ بارلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. بۇ NGF نىڭ يۇقىرى كىرىستاللىق سۈپىتىنى جەزملەشتۈرىدۇ ھەمدە يۆتكىلىش باسقۇچىدىن كېيىن ساقلىنىدىغان d = 0.335 nm قەۋەت ئارىلىقىغا ماس كېلىدۇ. دىفراكسىيە چوققىسىنىڭ كۈچلۈكلۈكى (0 0 0 2) دىفراكسىيە چوققىسىنىڭ (0 0 0 4) تەخمىنەن 30 ھەسسىسىگە تەڭ بولۇپ، NGF كىرىستال تۈزلەڭلىكىنىڭ ئەۋرىشكە يۈزى بىلەن ياخشى ماسلاشقانلىقىنى كۆرسىتىدۇ.
SEM، رامان سپېكتروسكوپىيەسى، XPS ۋە XRD نەتىجىلىرىگە ئاساسلانغاندا، BS-NGF/Ni نىڭ سۈپىتى FS-NGF/Ni نىڭكى بىلەن ئوخشاش بولۇپ چىققان، گەرچە ئۇنىڭ rms نىڭ قوپاللىقى سەل يۇقىرى بولسىمۇ (SI2، SI5 ۋە SI7-رەسىملەر).
200 نانومېتىر قېلىنلىقتىكى پولىمېر تىرەك قەۋىتىگە ئىگە SLG سۇ ئۈستىدە لەيلەپ تۇرالايدۇ. بۇ قۇرۇلما ئادەتتە پولىمېر ياردەملىك ھۆل خىمىيىلىك يۆتكەش جەريانلىرىدا ئىشلىتىلىدۇ22،38. گرافېن ۋە گرافېت سۇغا چىداملىق (ھۆل بۇلۇڭ 80–90°)57. گرافېن ۋە FLG نىڭ پوتېنسىيال ئېنېرگىيە يۈزىنىڭ تەكشى ئىكەنلىكى، سۇ يۈزىدىكى سۇنىڭ يان تەرەپكە يۆتكىلىشى ئۈچۈن تۆۋەن پوتېنسىيال ئېنېرگىيە (~1 kJ/mol) ئىكەنلىكى خەۋەر قىلىنغان58. قانداقلا بولمىسۇن، سۇنىڭ گرافېن ۋە ئۈچ قەۋەت گرافېن بىلەن ھېسابلىغان ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسىتىش ئېنېرگىيەسى ئايرىم-ئايرىم ھالدا تەخمىنەن −13 ۋە −15 kJ/mol,58 بولۇپ، سۇنىڭ NGF (تەخمىنەن 300 قەۋەت) بىلەن ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسىتىشىنىڭ گرافېنغا سېلىشتۇرغاندا تۆۋەن ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىدۇ. بۇ، مۇستەقىل NGF نىڭ سۇ يۈزىدە تەكشى تۇرۇشىنىڭ، مۇستەقىل گرافېننىڭ (سۇدا لەيلەپ تۇرغىنى) بولسا بۈدرە بولۇپ پارچىلىنىشىنىڭ سەۋەبلىرىنىڭ بىرى بولۇشى مۇمكىن. NGF سۇغا تولۇق چىلانغاندا (نەتىجىسى قوپال ۋە تۈز NGF ئۈچۈن ئوخشاش)، ئۇنىڭ گىرۋىكى ئېگىلىپ قالىدۇ (SI4-رەسىم). تولۇق چۆمۈلۈش ئەھۋالىدا، NGF-سۇ ئۆز-ئارا تەسىر ئېنېرگىيەسىنىڭ (سۇ ئۈستىدە تۇرغان NGF بىلەن سېلىشتۇرغاندا) ئىككى ھەسسە ئېشىشى ۋە NGF نىڭ گىرۋىكىنىڭ يۇقىرى ئۇچرىشىش بۇلۇڭىنى (ھىدروفوبلۇق) ساقلاپ قېلىش ئۈچۈن قاتلىنىشى مۆلچەرلەنمەكتە. بىز ئىچكى قىسىمغا كىرگۈزۈلگەن NGF نىڭ گىرۋىكىنىڭ بۈكۈلۈپ كېتىشىنىڭ ئالدىنى ئېلىش ئۈچۈن ئىستراتېگىيەلەرنى تەرەققىي قىلدۇرغىلى بولىدۇ دەپ قارايمىز. بىر ئۇسۇل گرافىت پەردىسىنىڭ ھۆللىنىش رېئاكسىيەسىنى تەڭشەش ئۈچۈن ئارىلاش ئېرىتكۈچىلەرنى ئىشلىتىشتۇر59.
SLG نىڭ ھۆل خىمىيىلىك يۆتكەش جەريانلىرى ئارقىلىق ھەر خىل ئاساسىي ماددىلارغا يۆتكىلىشى ئىلگىرى دوكلات قىلىنغان. ئادەتتە گرافېن/گرافىت پىلاستىنكىلىرى بىلەن ئاساسىي ماددىلار (SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si تۈۋرۈكلىرى22 قاتارلىق قاتتىق ئاساسىي ماددىلار ۋە تورسىمان كاربون پىلاستىنكىلىرى30, 34 ياكى پولىئىمىد 37 قاتارلىق يۇمشاق ئاساسىي ماددىلار) ئارىسىدا ئاجىز ۋان دېر ۋائالس كۈچىنىڭ مەۋجۇت ئىكەنلىكى ئېتىراپ قىلىنىدۇ. بۇ يەردە بىز ئوخشاش تىپتىكى ئۆز-ئارا تەسىرنىڭ ئاساسلىق رول ئوينايدىغانلىقىنى پەرەز قىلىمىز. بىز بۇ يەردە كۆرسىتىلگەن ئاساسىي ماددىلارنىڭ ھېچقايسىسىنىڭ مېخانىكىلىق بىر تەرەپ قىلىش جەريانىدا (ۋاكۇئۇم ۋە/ياكى ئاتموسفېرا شارائىتى ئاستىدا خاراكتېرىنى بېكىتىش جەريانىدا ياكى ساقلاش جەريانىدا) NGF نىڭ بۇزۇلۇشى ياكى سويۇلۇشىنى كۆرمىدۇق (مەسىلەن، 2-رەسىم، SI7 ۋە SI9). بۇنىڭدىن باشقا، بىز NGF/SiO2/Si ئەۋرىشكىسىنىڭ يادرولۇق سەۋىيەسىنىڭ XPS C 1s سپېكتىرىدا SiC چوققىسىنى كۆرمىدۇق (4-رەسىم). بۇ نەتىجىلەر NGF بىلەن نىشان ئاساسىي ماددا ئارىسىدا خىمىيىلىك باغلىنىش يوقلۇقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.
ئالدىنقى بۆلۈمدە، «FS- ۋە BS-NGF نىڭ پولىمېرسىز يۆتكىلىشى» دە، بىز NGF نىڭ نىكېل يوپۇقىنىڭ ئىككى تەرىپىدە ئۆسۈپ يۆتكىلىشى مۇمكىنلىكىنى كۆرسىتىپ بەردۇق. بۇ FS-NGF ۋە BS-NGF لار يۈزەكى پۇراقلىق جەھەتتىن ئوخشاش ئەمەس، بۇ بىزنى ھەر بىر تۈر ئۈچۈن ئەڭ ماس كېلىدىغان قوللىنىش ئۇسۇلىنى تەكشۈرۈشكە ئۈندىدى.
FS-NGF نىڭ سۈزۈكلۈكى ۋە سىلىق يۈزىنى كۆزدە تۇتۇپ، بىز ئۇنىڭ يەرلىك قۇرۇلمىسى، ئوپتىكىلىق ۋە ئېلېكتر خۇسۇسىيەتلىرىنى تېخىمۇ تەپسىلىي تەتقىق قىلدۇق. پولىمېر يۆتكىلىشسىز FS-NGF نىڭ قۇرۇلمىسى ۋە قۇرۇلمىسى ئېلېكترون مىكروسكوپى (TEM) رەسىمگە تارتىش ۋە تاللانغان رايون ئېلېكترون دىفراكسىيەسى (SAED) ئەندىزىسى ئانالىزى ئارقىلىق خاراكتېرلەندى. ماس كېلىدىغان نەتىجىلەر 5-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. تۆۋەن چوڭايتىشلىق تۈزلەڭلىك TEM رەسىمگە تارتىش ئارقىلىق NGF ۋە FLG رايونلىرىنىڭ ئېلېكترون قارشىلىق خۇسۇسىيەتلىرى ئوخشىمايدىغانلىقى، يەنى قاراڭغۇ ۋە يورۇق رايونلارنىڭ بارلىقى بايقالدى (5a-رەسىم). بۇ فىلىم NGF ۋە FLG نىڭ ھەر خىل رايونلىرى ئارىسىدا ياخشى مېخانىكىلىق پۈتۈنلۈك ۋە مۇقىملىقنى نامايان قىلىدۇ، ياخشى قاپلىنىش ۋە بۇزۇلۇش ياكى يىرتىلىش يوق، بۇ SEM (3-رەسىم) ۋە يۇقىرى چوڭايتىشلىق TEM تەتقىقاتلىرى (5c-e-رەسىم) تەرىپىدىنمۇ جەزملەشتۈرۈلدى. بولۇپمۇ، 5d-رەسىمدە ئۇنىڭ ئەڭ چوڭ قىسمىدىكى كۆۋرۈك قۇرۇلمىسى (5d-رەسىمدىكى قارا نۇقتىلىق كۆرسەتكۈچ بىلەن بەلگىلەنگەن ئورۇن) كۆرسىتىلدى، ئۇ ئۈچبۇلۇڭ شەكىللىك بولۇپ، تەخمىنەن 51 دىيۇم كەڭلىكتىكى گرافېن قەۋىتىدىن تەركىب تاپقان. تۈزلەڭلىك ئارىلىقى 0.33 ± 0.01 nm بولغان تەركىب ئەڭ تار رايوندا بىر قانچە قەۋەت گرافېنغا ئايلىنىدۇ (5-رەسىمدىكى d-قارا ئوقنىڭ ئۇچى).
كاربون لېنتىلىق مىس تورىدىكى پولىمېرسىز NiAG ئەۋرىشكىسىنىڭ تەكشى TEM رەسىمى: (a، b) NGF ۋە FLG رايونلىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالغان تۆۋەن چوڭايتىشلىق TEM رەسىملىرى، (ce) a ۋە b تاختىلىرىدىكى ھەر خىل رايونلارنىڭ يۇقىرى چوڭايتىشلىق رەسىملىرى ئوخشاش رەڭلىك ئوقلار بىلەن بەلگە قويۇلغان. a ۋە c تاختىلىرىدىكى يېشىل ئوقلار نۇرنى تەڭشەش جەريانىدا يۈز بەرگەن ئايلانما بۇزۇلغان رايونلارنى كۆرسىتىدۇ. (f–i) a دىن c غىچە بولغان تاختىلاردا، ھەر خىل رايونلاردىكى SAED نەقىشلىرى ئايرىم-ئايرىم ھالدا كۆك، كۆك، قىزغۇچ سېرىق ۋە قىزىل چەمبەرلەر بىلەن بەلگە قويۇلغان.
5c-رەسىمدىكى لېنتا قۇرۇلمىسى گرافىت تور تۈزلەڭلىكىنىڭ تىك يۆنىلىشىنى كۆرسىتىدۇ (قىزىل ئوق بىلەن بەلگىلەنگەن)، بۇ پەردە بويىدا نانو قاتلىنىشلارنىڭ شەكىللىنىشىدىن بولۇشى مۇمكىن (5c-رەسىمدىكى قوشۇمچە رەسىم)، ئارتۇقچە تولۇقلانمىغان قىرقىش بېسىمى سەۋەبىدىن30،61،62. يۇقىرى ئېنىقلىقتىكى TEM ئاستىدا، بۇ نانو قاتلىنىشلار30 NGF رايونىنىڭ قالغان قىسمىدىن پەرقلىق كىرىستاللىق يۆنىلىشنى نامايان قىلىدۇ؛ گرافىت تورنىڭ ئاساسىي تۈزلەڭلىكى پەردىنىڭ قالغان قىسمىغا ئوخشاش توغرىسىغا ئەمەس، بەلكى دېگۈدەك تىك يۆنىلىشتە بولىدۇ (5c-رەسىمدىكى قوشۇمچە رەسىم). شۇنىڭغا ئوخشاش، FLG رايونىدا بەزىدە سىزىقلىق ۋە تار بەلباغ شەكىللىك قاتلىنىشلار كۆرۈلىدۇ (كۆك ئوق بىلەن بەلگىلەنگەن)، بۇلار ئايرىم-ئايرىم ھالدا 5b، 5e-رەسىملەردە تۆۋەن ۋە ئوتتۇرا چوڭايتىشتا كۆرۈلىدۇ. 5e-رەسىمدىكى قوشۇمچە رەسىم FLG سېكتورىدا ئىككى ۋە ئۈچ قەۋەتلىك گرافېن قەۋەتلىرىنىڭ بارلىقىنى جەزملەشتۈرىدۇ (تەڭلىك ئارىلىقى 0.33 ± 0.01 nm)، بۇ بىزنىڭ ئىلگىرىكى نەتىجىلىرىمىزگە ماس كېلىدۇ30. بۇنىڭدىن باشقا، ئۈستى كۆرۈنۈشلۈك TEM ئۆلچەش ئېلىپ بېرىلغاندىن كېيىن، مىس تورغا يۆتكەلگەن پولىمېرسىز NGF نىڭ خاتىرىلەنگەن SEM رەسىملىرى (ئۈستىدىن كۆرۈنگەن TEM ئۆلچەش ئېلىپ بېرىلغاندىن كېيىن) SI9-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. SI9f-رەسىمدە ياخشى ئېسىپ قويۇلغان FLG رايونى (كۆك ئوق بىلەن بەلگىلەنگەن) ۋە سۇنۇق رايون. كۆك ئوق (يۆتكەلگەن NGF نىڭ چېتىدە) FLG رايونىنىڭ پولىمېرسىز يۆتكەش جەريانىغا قارشى تۇرالايدىغانلىقىنى كۆرسىتىش ئۈچۈن قەستەن كۆرسىتىلدى. قىسقىسى، بۇ رەسىملەر قىسمەن ئېسىپ قويۇلغان NGF نىڭ (FLG رايونىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ) TEM ۋە SEM ئۆلچەش جەريانىدا قاتتىق بىر تەرەپ قىلىش ۋە يۇقىرى ۋاكۇئۇمغا ئۇچرىغاندىن كېيىنمۇ مېخانىكىلىق پۈتۈنلۈكنى ساقلايدىغانلىقىنى جەزملەشتۈرىدۇ (SI9-رەسىم).
NGF نىڭ ياپلاقلىقى ناھايىتى ياخشى بولغاچقا (5a-رەسىمگە قاراڭ)، SAED قۇرۇلمىسىنى تەھلىل قىلىش ئۈچۈن، پارچىلارنى [0001] دائىرىسى ئوقى بويىچە يۆنىلىشكە يۆتكەش تەس ئەمەس. پەردىنىڭ يەرلىك قېلىنلىقى ۋە ئورنىغا ئاساسەن، ئېلېكترون دىفراكسىيەسى تەتقىقاتى ئۈچۈن بىر قانچە قىزىقارلىق رايون (12 نۇقتا) ئېنىقلاندى. 5a-c رەسىملەردە، بۇ تىپىك رايونلارنىڭ تۆتى كۆرسىتىلدى ۋە رەڭلىك چەمبەرلەر (كۆك، كۆك، قىزغۇچ سېرىق ۋە قىزىل كودلانغان) بىلەن بەلگىلەندى. SAED ھالىتى ئۈچۈن 2- ۋە 3-رەسىملەر. 5f ۋە g رەسىملىرى 5- ۋە 5-رەسىملەردە كۆرسىتىلگەن FLG رايونىدىن ئېلىندى. 5b ۋە c رەسىملىرىدە كۆرسىتىلگەندەك، ئۇلار بۇرمىلانغان گرافېنغا ئوخشاش ئالتە تەرەپلىك قۇرۇلمىغا ئىگە. بولۇپمۇ، 5f رەسىمدە [0001] رايون ئوقىنىڭ يۆنىلىشى ئوخشاش بولغان، 10° ۋە 20° بىلەن ئايلانغان ئۈچ ئۈستى-ئۈستىگە قويۇلغان نەقىش كۆرسىتىلگەن، بۇ ئۈچ جۈپ (10-10) ئەكس ئېتىشنىڭ بۇلۇڭلۇق ماس كەلمەسلىكىدىن كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ. شۇنىڭغا ئوخشاش، 5g-رەسىمدە 20 گرادۇس ئايلاندۇرۇلغان ئىككى ئۈستى-ئۈستىگە قويۇلغان ئالتە تەرەپلىك شەكىل كۆرسىتىلگەن. FLG رايونىدىكى ئىككى ياكى ئۈچ گۇرۇپپا ئالتە تەرەپلىك شەكىللەر بىر-بىرىگە نىسبەتەن ئايلاندۇرۇلغان ئۈچ تۈزلەڭلىك ئىچىدىكى ياكى تۈزلەڭلىك سىرتىدىكى گرافېن قەۋىتىدىن 33 پەيدا بولۇشى مۇمكىن. ئەكسىچە، 5h,i-رەسىمدىكى ئېلېكترون دىفراكسىيە شەكىللىرى (5a-رەسىمدە كۆرسىتىلگەن NGF رايونىغا ماس كېلىدۇ) ئومۇمىي نۇقتىسى دىفراكسىيە كۈچلۈكلۈكى يۇقىرى بولغان يەككە [0001] شەكىلنى كۆرسىتىدۇ، بۇ ماتېرىيالنىڭ قېلىنلىقىنىڭ چوڭ بولۇشىغا ماس كېلىدۇ. بۇ SAED مودېللىرى 64-ئىندېكىستىن كۆرۈۋېلىشقا بولىدۇكى، FLG غا قارىغاندا قېلىنراق گرافېت قۇرۇلمىسى ۋە ئوتتۇرا يۆنىلىشكە ماس كېلىدۇ. NGF نىڭ كرىستال خۇسۇسىيىتىنىڭ خاراكتېرى ئىككى ياكى ئۈچ ئۈستى-ئۈستىگە قويۇلغان گرافېت (ياكى گرافېن) كرىستاللىتىنىڭ بىللە مەۋجۇتلۇقىنى ئاشكارىلىدى. FLG رايونىدا ئالاھىدە دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى شۇكى، كرىستاللىتلار بەلگىلىك دەرىجىدە تۈزلەڭلىك ئىچىدىكى ياكى تۈزلەڭلىك سىرتىدىكى يۆنىلىشتە خاتا قاراشقا ئىگە. ئىلگىرى Ni 64 پىلاستىنكىسىغا ئۆستۈرۈلگەن NGF ئۈچۈن 17°، 22° ۋە 25° تۈزلەڭلىكتىكى ئايلىنىش بۇلۇڭىغا ئىگە گرافىت زەررىچىلىرى/قەۋەتلىرى دوكلات قىلىنغان. بۇ تەتقىقاتتا كۆزىتىلگەن ئايلىنىش بۇلۇڭى قىممىتى بۇرمىلانغان BLG63 گرافېنىنىڭ ئىلگىرى كۆزىتىلگەن ئايلىنىش بۇلۇڭى (±1°) بىلەن ماس كېلىدۇ.
NGF/SiO2/Si نىڭ ئېلېكتر خۇسۇسىيىتى 300 K دا 10×3 mm2 كەڭلىكتىكى رايوندا ئۆلچەندى. ئېلېكترون توشۇغۇچىنىڭ قويۇقلۇقى، ھەرىكەتچانلىقى ۋە ئۆتكۈزۈشچانلىقىنىڭ قىممىتى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 1.6 × 1020 cm-3، 220 cm-2 V-1 C-1 ۋە 2000 S-cm-1. بىزنىڭ NGF نىڭ ھەرىكەتچانلىقى ۋە ئۆتكۈزۈشچانلىقى قىممىتى تەبىئىي گرافىتقا ئوخشايدۇ2 ھەمدە بازاردا سېتىلىۋاتقان يۇقىرى يۆنىلىشلىك پىرولىتلىق گرافىتتىن (3000 سېلسىيە گرادۇستا ئىشلەپچىقىرىلىدۇ) يۇقىرى29. كۆزىتىلگەن ئېلېكترون توشۇغۇچىنىڭ قويۇقلۇقى قىممىتى يېقىندا دوكلات قىلىنغان يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق (3200 سېلسىيە گرادۇس) پولىئىمىد قەغەزلىرى ئارقىلىق تەييارلانغان مىكرون قېلىنلىقتىكى گرافىت پەردىلىرىدىكى قىممەتتىن (7.25 × 10 cm-3) ئىككى دەرىجە يۇقىرى20.
بىز يەنە كۋارتس ئاساسىغا يۆتكەلگەن FS-NGF ئۈستىدە UV-كۆرۈنۈش ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ئۆلچەش ئېلىپ باردۇق (6-رەسىم). نەتىجىدە كۆرۈلگەن سپېكتىر 350-800 nm دائىرىسىدە دېگۈدەك %62 تۇراقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ، بۇ NGF نىڭ كۆرۈنگەن نۇرغا سۈزۈك ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىدۇ. ئەمەلىيەتتە، 6b-رەسىمدىكى ئۈلگىنىڭ رەقەملىك سۈرىتىدىن «KAUST» دېگەن نامنى كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ. NGF نىڭ نانوكرىستاللىق قۇرۇلمىسى SLG دىن پەرقلىق بولسىمۇ، قەۋەت سانىنى ھەر بىر قوشۇمچە قەۋەت ئۈچۈن %2.3 ئۆتكۈزۈش يوقىتىش قائىدىسى ئارقىلىق تەخمىنەن مۆلچەرلىگىلى بولىدۇ65. بۇ مۇناسىۋەتكە ئاساسەن، %38 ئۆتكۈزۈش يوقىتىشچانلىقىغا ئىگە گرافېن قەۋەت سانى 21. ئۆستۈرۈلگەن NGF ئاساسلىقى 300 گرافېن قەۋىتىدىن تەركىب تاپقان، يەنى تەخمىنەن 100 nm قېلىنلىقتا (1-رەسىم، SI5 ۋە SI7). شۇڭا، بىز كۆزىتىلگەن ئوپتىكىلىق سۈزۈكلۈك FLG ۋە MLG رايونلىرىغا ماس كېلىدۇ دەپ پەرەز قىلىمىز، چۈنكى ئۇلار پۈتۈن پىلاستىنكىغا تارقالغان (1، 3، 5 ۋە 6c-رەسىملەر). يۇقارقى قۇرۇلما سانلىق مەلۇماتلىرىدىن باشقا، ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە شەفافلىقىمۇ يۆتكەلگەن NGF نىڭ يۇقىرى كرىستاللىق سۈپىتىنى جەزملەشتۈرىدۇ.
(a) UV-كۆرۈنۈشلۈك ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ئۆلچەش، (b) ۋەكىل خاراكتېرلىك ئەۋرىشكە ئىشلىتىپ كۋارتس ئۈستىدە NGF نىڭ ئادەتتىكى يۆتكىلىشى. (c) ئەۋرىشكە بويىچە تەكشى تارقالغان FLG ۋە MLG رايونلىرى كۈلرەڭ تاسادىپىي شەكىللەر بىلەن بەلگىلەنگەن NGF نىڭ (قاراڭغۇ قۇتىنىڭ) سىخېمىسى (1-رەسىمگە قاراڭ) (ھەر 100 μm2 غا تەخمىنەن 0.1–3% كۆلەم). دىئاگراممىدىكى تاسادىپىي شەكىللەر ۋە ئۇلارنىڭ چوڭ-كىچىكلىكى پەقەت مىسال ئۈچۈن بولۇپ، ئەمەلىي رايونلارغا ماس كەلمەيدۇ.
CVD ئارقىلىق ئۆستۈرۈلگەن سۈزۈك NGF ئىلگىرى يالىڭاچ كرېمنىي يۈزىگە يۆتكىلىپ، قۇياش باتارېيەسىدە ئىشلىتىلگەن15،16. نەتىجىدە ھاسىل بولغان توك ئايلاندۇرۇش ئۈنۈمى (PCE) %1.5. بۇ NGFلار ئاكتىپ بىرىكمە قەۋەتلىرى، زەرەت توشۇش يولى ۋە سۈزۈك ئېلېكترودلار15،16 قاتارلىق كۆپ خىل ۋەزىپىلەرنى ئورۇندايدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، گرافىت پەردىسى بىردەك ئەمەس. گرافىت ئېلېكترودىنىڭ قەۋەت قارشىلىقى ۋە ئوپتىكىلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ئەستايىدىل كونترول قىلىش ئارقىلىق تېخىمۇ ئەلالاشتۇرۇش زۆرۈر، چۈنكى بۇ ئىككى خۇسۇسىيەت قۇياش باتارېيەسىنىڭ PCE قىممىتىنى بەلگىلەشتە مۇھىم رول ئوينايدۇ15،16. ئادەتتە، گرافېن پەردىلىرى كۆرۈنگەن نۇرغا %97.7 سۈزۈك بولىدۇ، ئەمما قەۋەت قارشىلىقى 200–3000 ئوم/كۋادرات16. گرافېن پەردىلىرىنىڭ يۈزە قارشىلىقىنى قەۋەت سانىنى كۆپەيتىش (گرافېن قەۋەتلىرىنى كۆپ قېتىم يۆتكەش) ۋە HNO3 (~30 ئوم/كۋادرات)66 بىلەن ئارىلاشتۇرۇش ئارقىلىق ئازايتقىلى بولىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، بۇ جەريان ئۇزۇن ۋاقىت كېتىدۇ، ھەر خىل يۆتكەش قەۋەتلىرى ھەمىشە ياخشى ئالاقىنى ساقلاپ قالالمايدۇ. ئالدى تەرىپىمىزدىكى NGF نىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى 2000 S/cm، پىلاستىنكا قەغىزىنىڭ قارشىلىقى 50 Ohm/kvadrat ۋە %62 سۈزۈكلۈك قاتارلىق خۇسۇسىيەتلەرگە ئىگە بولۇپ، قۇياش ئېنېرگىيە باتارېيەسىدىكى ئۆتكۈزگۈچ قاناللار ياكى قارشى ئېلېكترودلار ئۈچۈن ئۈنۈملۈك ئالماشتۇرۇش رولىنى ئوينايدۇ15،16.
BS-NGF نىڭ قۇرۇلمىسى ۋە يۈزەكى خىمىيىلىك تەركىبى FS-NGF غا ئوخشىسىمۇ، ئۇنىڭ پۇراقلىقى ئوخشىمايدۇ («FS- ۋە BS-NGF نىڭ ئۆسۈشى»). ئىلگىرى، بىز گاز سېنزورى سۈپىتىدە ئىنتايىن نېپىز پەردە گرافىت22 نى ئىشلەتكەن ئىدۇق. شۇڭا، بىز BS-NGF نى گاز سېنزورى ۋەزىپىلىرىدە ئىشلىتىشنىڭ مۇمكىنلىكىنى سىناق قىلدۇق (SI10-رەسىم). ئالدى بىلەن، BS-NGF نىڭ mm2 چوڭلۇقتىكى قىسىملىرى ئۆزئارا رەقەملىك ئېلېكترود سېنزور چىپىغا يۆتكەلدى (SI10a-c-رەسىم). چىپنىڭ ئىشلەپچىقىرىش تەپسىلاتلىرى ئىلگىرى دوكلات قىلىنغان؛ ئۇنىڭ ئاكتىپ سەزگۈر رايونى 9 mm267. SEM رەسىملىرىدە (SI10b ۋە c-رەسىملەر)، ئاستىدىكى ئالتۇن ئېلېكترود NGF ئارقىلىق ئېنىق كۆرۈنىدۇ. يەنە بىر قېتىم، بارلىق ئەۋرىشكىلەر ئۈچۈن بىردەك چىپ قاپلىنىشىغا ئېرىشكەنلىكىنى كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ. ھەر خىل گازلارنىڭ گاز سېنزورى ئۆلچەشلىرى خاتىرىلەندى (SI10d-رەسىم) (SI11-رەسىم) ۋە نەتىجىدە ئېرىشكەن جاۋاب قايتۇرۇش نىسبىتى SI10g-رەسىملەردە كۆرسىتىلدى. SO2 (200 ppm)، H2 (2%)، CH4 (200 ppm)، CO2 (2%)، H2S (200 ppm) ۋە NH3 (200 ppm) قاتارلىق باشقا ئارىلىشىش گازلىرى بىلەن بولۇشى مۇمكىن. بۇنىڭ بىر سەۋەبى NO2. گازنىڭ ئېلېكتروفىل تەبىئىتى22،68. گرافېن يۈزىگە سۈمۈرۈلگەندە، ئۇ سىستېما تەرىپىدىن ئېلېكترونلارنىڭ توك سۈمۈرۈلۈشىنى تۆۋەنلىتىدۇ. BS-NGF سېنزورىنىڭ جاۋاب قايتۇرۇش ۋاقتى سانلىق مەلۇماتلىرىنى ئىلگىرى ئېلان قىلىنغان سېنزورلار بىلەن سېلىشتۇرۇش SI2 جەدۋىلىدە كۆرسىتىلدى. ئاشكارىلانغان ئەۋرىشكىلەرنى UV پلازما، O3 پلازما ياكى ئىسسىقلىق (50–150°C) بىر تەرەپ قىلىش ئارقىلىق NGF سېنزورلىرىنى قايتا ئاكتىپلاشتۇرۇش مېخانىزمى داۋاملىشىۋاتىدۇ، ئەڭ ياخشىسى ئىچكى سىستېمىلارنى يولغا قويۇش69.
CVD جەريانىدا، كاتالىزاتور ئاساسىنىڭ ھەر ئىككى تەرىپىدە گرافېن ئۆسۈشى يۈز بېرىدۇ41. قانداقلا بولمىسۇن، BS-گرافېن ئادەتتە يۆتكەش جەريانىدا چىقىرىلىدۇ41. بۇ تەتقىقاتتا، بىز كاتالىزاتور تىرەشنىڭ ھەر ئىككى تەرىپىدە يۇقىرى سۈپەتلىك NGF ئۆسۈشى ۋە پولىمېرسىز NGF يۆتكىلىشىنى ئەمەلگە ئاشۇرغىلى بولىدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بەردۇق. BS-NGF FS-NGF (~100 nm) غا قارىغاندا نېپىز (~80 nm) بولۇپ، بۇ پەرق BS-Ni نىڭ ئالدىنقى گاز ئېقىمىغا بىۋاسىتە ئۇچرىماسلىقى بىلەن چۈشەندۈرۈلىدۇ. بىز يەنە NiAR ئاساسىنىڭ داغلىقىنىڭ NGF نىڭ داغلىقىغا تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقىنى بايقىدۇق. بۇ نەتىجىلەر يېتىشتۈرۈلگەن تۈزلەڭلىك FS-NGF نىڭ گرافېن ئۈچۈن ئالدىنقى ماتېرىيال سۈپىتىدە (پېچىش ئۇسۇلى ئارقىلىق70) ياكى قۇياش باتارېيەسىدىكى ئۆتكۈزۈشچان قانال سۈپىتىدە ئىشلىتىلىشى مۇمكىنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ15،16. ئەكسىچە، BS-NGF گاز بايقاش ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ (SI9-رەسىم) ۋە ئېھتىمال ئېنېرگىيە ساقلاش سىستېمىسى ئۈچۈن71،72 بۇ يەردە ئۇنىڭ يۈزىنىڭ داغلىقى پايدىلىق بولىدۇ.
يۇقىرىقىلارنى كۆزدە تۇتقاندا، ھازىرقى ئەسەرلەرنى ئىلگىرى ئېلان قىلىنغان CVD ئارقىلىق ئۆستۈرۈلگەن ۋە نىكېل يوپۇرمىقى ئىشلىتىلگەن گرافىت پىلاستىنكىلىرى بىلەن بىرلەشتۈرۈش پايدىلىق. 2-جەدۋەلدىن كۆرۈۋېلىشقا بولىدۇكى، بىز ئىشلەتكەن يۇقىرى بېسىم نىسبەتەن تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا (850–1300 سېلسىيە گرادۇس ئارىلىقىدا) رېئاكسىيە ۋاقتىنى (ئۆسۈش باسقۇچى) قىسقارتتى. بىز يەنە ئادەتتىكىدىن يۇقىرى ئېشىشقا ئېرىشتۇق، بۇ كېڭىيىش ئېھتىماللىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. باشقا ئامىللارنىمۇ كۆزدە تۇتۇشقا بولىدۇ، بۇلارنىڭ بەزىلىرىنى جەدۋەلگە كىرگۈزدۇق.
ئىككى تەرەپلىك يۇقىرى سۈپەتلىك NGF كاتالىزاتورلۇق CVD ئارقىلىق نىكېل يوپۇرمىقىغا ئۆستۈرۈلدى. ئەنئەنىۋى پولىمېر ئاساسلىرىنى (مەسىلەن، CVD گرافېنىدا ئىشلىتىلىدىغانلارنى) چىقىرىۋېتىش ئارقىلىق، بىز NGF نىڭ (نىكېل يوپۇرمىقىنىڭ ئارقا ۋە ئالدى تەرەپلىرىدە ئۆستۈرۈلگەن) ھەر خىل جەريان ئۈچۈن مۇھىم ئاساسلارغا پاكىز ۋە نۇقسانسىز ھۆل يۆتكىلىشىنى ئەمەلگە ئاشۇردۇق. دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى شۇكى، NGF قېلىنراق پەردىگە قۇرۇلما جەھەتتىن ياخشى بىرلەشتۈرۈلگەن FLG ۋە MLG رايونلىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ (ئادەتتە ھەر 100 µm2 دا %0.1 دىن %3 كىچە). تەكشى TEM بۇ رايونلارنىڭ ئىككىدىن ئۈچكىچە گرافېت/گرافېن زەررىچىلىرى (كىرىستال ياكى قەۋەتلەر ئايرىم-ئايرىم ھالدا) قاتلىمىدىن تەركىب تاپقانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ، بۇلارنىڭ بەزىلىرىنىڭ ئايلىنىش ماس كەلمەسلىكى 10-20 گرادۇس. FLG ۋە MLG رايونلىرى FS-NGF نىڭ كۆرۈنگەن نۇرغا بولغان سۈزۈكلۈكىگە مەسئۇل. ئارقا قەۋەتلەرگە كەلسەك، ئۇلارنى ئالدى قەۋەتلەرگە پاراللېل ئېلىپ يۈرۈشكە بولىدۇ ۋە كۆرسىتىلگەندەك، ئۇلارنىڭ ئىقتىدار مەقسىتى بولۇشى مۇمكىن (مەسىلەن، گاز بايقاش ئۈچۈن). بۇ تەتقىقاتلار سانائەت كۆلىمىدىكى CVD جەريانلىرىدا ئىسراپچىلىق ۋە چىقىمنى ئازايتىش ئۈچۈن ناھايىتى پايدىلىق.
ئادەتتە، CVD NGF نىڭ ئوتتۇرىچە قېلىنلىقى (تۆۋەن ۋە كۆپ قەۋەتلىك) گرافېن بىلەن سانائەت (مىكرومېتىرلىق) گرافېت قەۋەتلىرى ئارىسىدا بولىدۇ. ئۇلارنىڭ قىزىقارلىق خۇسۇسىيەتلىرىنىڭ كەڭ دائىرىلىك بولۇشى، بىز ئۇلارنى ئىشلەپچىقىرىش ۋە توشۇش ئۈچۈن ئىجاد قىلغان ئاددىي ئۇسۇل بىلەن بىرلەشتۈرۈلۈپ، بۇ پىلىنكىلارنى ھازىر ئىشلىتىلىۋاتقان ئېنېرگىيە كۆپ كېتىدىغان سانائەت ئىشلەپچىقىرىش جەريانلىرىنىڭ چىقىمىسىز، گرافېتنىڭ فۇنكسىيەلىك ئىنكاسىنى تەلەپ قىلىدىغان قوللىنىشچان پروگراممىلارغا ئالاھىدە ماس كېلىدۇ.
25 μm قېلىنلىقتىكى نىكېل يوپۇرمىقى (99.5% ساپلىق، Goodfellow) سودا CVD رېئاكتورىغا (Aixtron 4 دىيۇملۇق BMPro) ئورنىتىلدى. سىستېما ئارگون بىلەن تازىلاندى ۋە 10-3 mbar ئاساسىي بېسىمغا يەتكۈزۈلدى. ئاندىن نىكېل يوپۇرمىقى Ar/H2 غا قويۇلدى (Ni يوپۇرمىقىنى 5 مىنۇت ئالدىن قىزىتقاندىن كېيىن، يوپۇرماق 900 °C تېمپېراتۇرىدا 500 mbar بېسىمغا ئۇچرىتىلدى. NGF CH4/H2 (ھەر بىرى 100 cm3) ئېقىمىغا 5 مىنۇت قويۇلدى. ئاندىن ئەۋرىشكە Ar ئېقىمى (4000 cm3) ئارقىلىق 40 °C/min تېمپېراتۇرىدا 700 °C دىن تۆۋەن تېمپېراتۇرىغا سوۋۇتۇلدى. NGF ئۆسۈش جەريانىنى ئەلالاشتۇرۇش توغرىسىدىكى تەپسىلاتلار باشقا يەردە بايان قىلىنغان30.
ئەۋرىشكىنىڭ يۈزەكى مورفولوگىيەسى Zeiss Merlin مىكروسكوپى (1 kV, 50 pA) ئارقىلىق SEM ئارقىلىق كۆرسىتىلدى. ئەۋرىشكىنىڭ يۈزىنىڭ پۇچۇقلۇقى ۋە NGF قېلىنلىقى AFM (Dimension Icon SPM, Bruker) ئارقىلىق ئۆلچەندى. TEM ۋە SAED ئۆلچەشلىرى يۇقىرى يورۇقلۇق مەيدانى ئېمىسسىيە مىلتىقى (300 kV)، FEI Wien تىپلىق مونوخروماتور ۋە CEOS لىنزىسى شار شەكىللىك ئابېرراتسىيە تۈزەتكۈچىسى بىلەن تەمىنلەنگەن FEI Titan 80–300 Cubed مىكروسكوپى ئارقىلىق ئېلىپ بېرىلىپ، ئاخىرقى نەتىجىلەر قولغا كەلتۈرۈلدى. بوشلۇق ئېنىقلىقى 0.09 nm. NGF ئەۋرىشكىلىرى ياپىلاق TEM رەسىمگە تارتىش ۋە SAED قۇرۇلما ئانالىزى ئۈچۈن كاربون لېنتىسى بىلەن قاپلانغان مىس تورلارغا يۆتكەلدى. شۇڭا، ئەۋرىشكىنىڭ كۆپ قىسمى تىرەك پەردىسىنىڭ تۆشۈكلىرىدە ئېسىلىپ تۇرىدۇ. يۆتكەلگەن NGF ئەۋرىشكىلىرى XRD ئارقىلىق ئانالىز قىلىندى. رېنتىگېن نۇرى دىفراكسىيەسى شەكلى دىئامېتىرى 3 مىللىمېتىر كېلىدىغان نۇر نۇقتىسى دىئامېتىرى بار Cu رادىئاتسىيە مەنبەسى ئىشلىتىلگەن پاراشوك دىفراكتومېتىر (Brucker، Cu Kα مەنبەسى بار D2 باسقۇچلۇق ئالماشتۇرغۇچ، 1.5418 Å ۋە LYNXEYE دېتېكتورى) ئارقىلىق قولغا كەلتۈرۈلدى.
بىر قانچە رامان نۇقتىسى ئۆلچەشلىرى بىر گەۋدىلەشكەن كونفوكال مىكروسكوپ (Alpha 300 RA, WITeC) ئارقىلىق خاتىرىلەندى. ئىسسىقلىق تەسىرىدىن ساقلىنىش ئۈچۈن، تۆۋەن قوزغىتىش كۈچى (25%) بولغان 532 نانومېتىرلىق لازېر ئىشلىتىلدى. 150 W قۇۋۋەتلىك مونوخروماتىك Al Kα رادىئاتسىيەسى (hν = 1486.6 eV) ئارقىلىق 300 × 700 μm2 ئۈلگە كۆلىمىدە Kratos Axis Ultra سپېكترومېتىرىدا رېنتىگېن فوتوئېلېكترون سپېكتروسكوپىيەسى (XPS) ئېلىپ بېرىلدى. ئېنىقلىق سپېكترى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 160 eV ۋە 20 eV يەتكۈزۈش ئېنېرگىيەسىدە قولغا كەلتۈرۈلدى. SiO2 غا يۆتكەلگەن NGF ئۈلگىلىرى 30 W دىكى PLS6MW (1.06 μm) يتتېربىي تالا لازېرى ئارقىلىق پارچە-پارچە (ھەر بىرى 3 × 10 mm2) كېسىلدى. مىس سىم ئۇلىنىشى (50 μm قېلىنلىقتا) ئوپتىكىلىق مىكروسكوپ ئاستىدا كۈمۈش چاپلاق ئىشلىتىپ ياسىلدى. بۇ ئەۋرىشكىلەردە 300 K تېمپېراتۇرىدا ۋە فىزىكىلىق خۇسۇسىيەت ئۆلچەش سىستېمىسىدا (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA) ± 9 تېسلا ماگنىت مەيدانى ئۆزگىرىشى بىلەن توك توشۇش ۋە خول ئېففېكتى تەجرىبىلىرى ئېلىپ بېرىلدى. يەتكۈزۈلگەن UV-vis سپېكترى 350-800 نانومېتىرلىق NGF دائىرىسىدىكى Lambda 950 UV-vis سپېكتروفوتومېتىرى ئارقىلىق خاتىرىلىنىپ، كۋارتس ئاساسىي قەۋىتى ۋە كۋارتس پايدىلىنىش ئەۋرىشكىلىرىگە يۆتكەلدى.
خىمىيىلىك قارشىلىق سېنزورى (ئۆز-ئارا رەقەملىك ئېلېكترود چىپى) خاسلاشتۇرۇلغان بېسىلغان توك يولى تاختىسى 73 گە ئۇلانغان ۋە قارشىلىق ۋاقىتلىق چىقىرىۋېتىلگەن. ئۈسكۈنە ئورنىتىلغان بېسىلغان توك يولى تاختىسى ئالاقىلىشىش تېرمىناللىرىغا ئۇلىنىپ، گاز سېزىش كامېراسى 74 نىڭ ئىچىگە قويۇلغان. قارشىلىق ئۆلچەشلىرى 1 V توك بېسىمىدا ئېلىپ بېرىلىپ، تازىلاشتىن گازغا تەسىر كۆرسىتىشكىچە ئۈزلۈكسىز سىكانىرلىنىپ، ئاندىن قايتا تازىلانغان. كامېرا دەسلەپتە 200 cm3 ئازوت بىلەن 1 سائەت تازىلاپ تازىلانغان، بۇنىڭ بىلەن كامېرادا بار بولغان باشقا بارلىق ئانالىزات ماددىلار، شۇ جۈملىدىن نەملىكمۇ يوقىتىلغان. ئاندىن ئايرىم ئانالىزات ماددىلار N2 سىلىندىرىنى تاقاش ئارقىلىق 200 cm3 ئېقىن سۈرئىتىدە ئاستا-ئاستا كامېراغا قويۇپ بېرىلگەن.
بۇ ماقالىنىڭ قايتا ئىشلەنگەن نۇسخىسى ئېلان قىلىندى، ماقالىنىڭ ئۈستىدىكى ئۇلىنىش ئارقىلىق ئوقۇشقا بولىدۇ.
ئىناگاكى، م. ۋە كاڭ، ف. كاربون ماتېرىيال ئىلمى ۋە قۇرۇلۇش: ئاساسىي بىلىملەر. ئىككىنچى نەشرى تەھرىرلەنگەن. 2014-يىل. 542.
پېرسون، HO كاربون، گرافىت، ئالماس ۋە فۇللېرېن قوللانمىسى: خۇسۇسىيەتلىرى، پىششىقلاپ ئىشلەش ۋە قوللىنىشلىرى. تۇنجى نەشرى تەھرىرلەنگەن. 1994-يىلى، يېڭى جېرسىي.
Tsai, W. قاتارلىقلار. كەڭ دائىرىلىك كۆپ قەۋەتلىك گرافېن/گرافىت پەردىلىرى سۈزۈك نېپىز ئۆتكۈزگۈچ ئېلېكترود سۈپىتىدە. قوللىنىش. فىزىكا. Wright. 95(12), 123115(2009).
بالاندىن AA گرافېن ۋە نانو قۇرۇلمىلىق كاربون ماتېرىياللىرىنىڭ ئىسسىقلىق خۇسۇسىيىتى. Nat. Matt. 10(8)، 569–581 (2011).
چېڭ KY، بروۋن PW ۋە كاخىل DG تۆۋەن تېمپېراتۇرىلىق خىمىيىلىك پارغا چۆكمە قىلىش ئارقىلىق Ni (111) غا ئۆستۈرۈلگەن گرافىت پىلاستىنكىلىرىنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى. رىۋايەت. مات. ئىنتېرفېيس 3، 16 (2016).
Hesjedal, T. خىمىيىلىك پارغا چۆكۈش ئارقىلىق گرافېن پەردىلىرىنىڭ ئۈزلۈكسىز ئۆسۈشى. قوللىنىش. فىزىكا. Wright. 98(13), 133106(2011).