גראָוינג אַ טראַנסלוסאַנט גראַפייט פילם אויף NI און זיין צוויי-וועג פּאָלימער-פריי אַריבערפירן

דאנק איר פֿאַר באזוכן נאַטור. די ווערסיע פון ​​בלעטערער איר נוצן די שטיצן פון CSS. פֿאַר בעסטער רעזולטאַטן, מיר רעקאָמענדירן צו נוצן אַ נייַער ווערסיע פון ​​דיין בלעטערער (אָדער דיסייבאַל קאַמפּאַטאַבילאַטי מאָדע אין Internet Explorer). אין די דערווייל, צו ענשור אָנגאָינג שטיצן, מיר ווייַזן דעם פּלאַץ אָן סטילינג אָדער דזשאַוואַסקריפּט.
נאַנאָסקאַלע גראַפייט פילמס (NGFS) זענען געזונט נאַנאָמאַטעריאַלס וואָס קענען זיין געשאפן דורך קאַטאַליטיק כעמישער פארע דעפּאַזישאַן, אָבער פֿראגן בלייבן וועגן זייער יז פון אַריבערפירן און ווי ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגי אַפעקץ זייער נוצן אין ווייַטער-גענויע באַהאַנדלונג. דאָ מיר באַריכט דעם וווּקס פון נגף אויף ביידע זייטן פון אַ פּאָליקריסאַללינע ניקאַל שטער (שטח 55 קמ 2, גרעב 2, גרעב - פריי אַריבערפירן (פראָנט און צוריק, שטח אַרויף צו 6 קמ 2). רעכט צו דער מאָרפאָלאָגי פון די קאַטאַליסט שטער, די צוויי טשאַד פילמס אַנדערש אין זייער גשמיות פּראָפּערטיעס און אנדערע קעראַקטעריסטיקס (אַזאַ ווי ייבערפלאַך ראַפנאַס). מיר באַווייַזן אַז NGFS מיט אַ ראַפער באַקסייד זענען געזונט פּאַסיק פֿאַר נאָף דיטעקשאַן, בשעת סמודער און מער קאַנדאַקטיוו נגפס אויף די פראָנט זייַט (2000 s / סענטימעטער, בויגן קעגנשטעל - 50 אָקס / מ 2) קענען זיין וויימז / מ 2) קענען זיין ווייב קאַנדאַקערז. קאַנאַל אָדער ילעקטראָוד פון די זונ - צעל (זינט עס טראַנזמיץ 62% פון קענטיק ליכט). קוילעלדיק, די דיסקרייבד וווּקס און אַריבערפירן פּראַסעסאַז קען העלפֿן פאַרשטיין נגף ווי אַן אָלטערנאַטיוו טשאַד מאַטעריאַל פֿאַר טעקנאַלאַדזשיקאַל אַפּלאַקיישאַנז און גראַפענע און מייקראַן און מיקראָ-דיק גראַפייט פילמס זענען נישט פּאַסיק.
גראַפייט איז אַ וויידלי געניצט ינדאַסטריאַל מאַטעריאַל. נאָוטאַבלי, גראַפייט האט די פּראָפּערטיעס פון לעפיערעך נידעריק מאַסע געדיכטקייַט און-פלאַך טערמאַל און ילעקטריקאַל קאַנדאַקטיוואַטי, און איז זייער סטאַביל אין האַרב טערמאַל און כעמיש ינווייראַנמאַנץ. פלייק גראַפיט איז אַ באַוווסט סטאַרטינג מאַטעריאַל פֿאַר גראַפענע פאָרשונג 3. ווען פּראַסעסט אין דין פילמס, עס קענען זיין געוויינט אין אַ ברייט קייט פון פּראָגראַמען, אַרייַנגערעכנט היץ סינקס פֿאַר עלעקטראָניש דעוויסעס אַזאַ ווי סמאַרטפאָנעס 4,5,6,7, ווי אַן אַקטיוו מאַטעריאַל אין סענסאָרס 8,9,10 און פֿאַר ילעקטראָומאַגנעטיק ינטערפיראַנס. 12 און פילמס פֿאַר ליטאַגראַפי אין עקסטרעם ולטראַווייאַליט 13,14, קאַנדאַקטינג טשאַנאַלז אין זונ - סעלז 15,16. פֿאַר אַלע די אַפּלאַקיישאַנז, עס וואָלט זיין אַ באַטייטיק מייַלע אויב גרויס געביטן פון גראַפייט פילמס (נגס) מיט גרעבס) קאַנטראָולד אין די Nanoscale <100 נם קען זיין לייכט געשאפן און טראַנספּאָרטאַד.
גראַפייט פילמס זענען געשאפן דורך פאַרשידן מעטהאָדס. אין איין פאַל, עמבעדדינג און יקספּאַנשאַן נאכגעגאנגען דורך עקספאָולייישאַן זענען געניצט צו פּראָדוצירן גראַפענע פלאַקעס 10,11,17. די פלאַקעס מוזן זיין פּראַסעסט אין פילמס פון די פארלאנגט גרעב, און עס אָפט נעמט עטלעכע טעג צו פּראָדוצירן טעמפּ גראַפס. אן אנדער צוגאַנג איז צו אָנהייבן מיט גראַטעראַבאַל האַרט פּריסערז. אין ינדאַסטרי, שיץ פון פּאָלימערס זענען קאַרבאָנייזד (ביי 1000-1500 ° C) און דעריבער צונעמען גראַפיטאַד (ביי 2800-3200 ° C) צו פאָרעם געזונט-סטראַקטשערד לייערד מאַטעריאַלס. כאָטש די קוואַליטעט פון די פילמס איז הויך, די ענערגיע קאַנסאַמשאַן איז באַטייַטיק1,18,19 און די מינימום גרעב איז לימיטעד צו אַ ביסל מיקראָנס 1,18,19,20 .19,20.
קאַטאַליטיק כעמישער פארע דעפּאַזישאַן (CVD) איז אַ באַוווסט אופֿן פֿאַר פּראָדוצירן גראַפענע און Ultrathin Graphene and However, compared with the growth of graphene and ultrathin graphite films28, large-area growth and/or application of NGF using CVD is even less explored11,13,29,30,31,32,33.
די קווד-דערוואַקסן גראַפענע און גראַפייט פילמס אָפט דאַרפֿן צו זיין טראַנספערד אַנטו פאַנגקשאַנאַל סאַבסטרייץ 34. די דין פילם טראַנספערס אַרייַנציען צוויי הויפּט מעטהאָדס 35: (1) ניט-עטש טראַנספער 36,36,37 און (2) עטש-באזירט נאַס כעמישער טראַנספער (סאַבסטרייט געשטיצט) 14,34,38. יעדער אופֿן האט עטלעכע אַדוואַנידזשיז און דיסאַדוואַנטידזשיז און מוזן זיין אויסגעקליבן דיפּענדינג אויף די בדעה אַפּלאַקיישאַן, ווי דיסקרייבד אַנדערש ווו 35,39. פֿאַר גראַפענע / גראַפייט פילמס דערוואַקסן אויף קאַטאַליטיק סאַבסטרייץ, אַריבערפירן דורך נאַס כעמישער פּראַסעסאַז (פון וואָס פּאָלימעטהילאַטע מעטהאַקרילאַטע) בלייבט דער ערשטער ברירה13,30,42. איר עט על. עס איז געווען דערמאנט אַז קיין פּאָלימער איז געניצט פֿאַר NGF אַריבערפירן (מוסטער גרייס בעערעך 4 סענטימעטער) 25,43, אָבער קיין דעטאַילס זענען געווען צוגעשטעלט וועגן מוסטער פעסטקייַט און / אָדער האַנדלינג בעשאַס אַריבערפירן; נאַס כעמיע פּראַסעסאַז ניצן פּאָלימערס צונויפשטעלנ זיך פון עטלעכע סטעפּס, אַרייַנגערעכנט די אַפּלאַקיישאַן און סאַבסאַקוואַנט באַזייַטיקונג פון אַ סאַקראַוסאַנט באַזייַטיקונג פון אַ סאַקראַפישאַל פּאָלימער לייַער30,40,41,42. דער פּראָצעס האט דיסאַדוואַנטידזשיז: למשל, פּאָלימער רעזאַדוז קענען טוישן די פּראָפּערטיעס פון דער דערוואַקסן פילם 38. נאָך פּראַסעסינג קענען באַזייַטיקן ריזידזשואַל פּאָלימער, אָבער די נאָך סטעפּס פאַרגרעסערן די קאָס און צייט פון פילם Profation38,40. בעשאַס קוויד וווּקס, אַ פּלאַסט פון גראַפענע איז דיפּאַזאַטאַד ניט בלויז אויף די פראָנט זייַט פון די קאַטאַליסט שטער (די זייַט פייסינג די פּאַרע לויפן), אָבער אויך אויף זיין צוריק זייַט. אָבער, די יענער איז געהאלטן אַ וויסט פּראָדוקט און קענען זיין געשווינד אַוועקגענומען דורך ווייך פּלאַזמאַ 38,41. ריסייקלינג דעם פילם קענען העלפן מאַקסאַמייז טראָגן, אפילו אויב עס איז פון נידעריקער קוואַליטעט ווי פּנים טשאַד פילם.
דאָ, מיר באַריכט די צוגרייטונג פון ווייפער-וואָג ביאָפעריש וווּקס פון נגף מיט הויך סטראַקטשעראַל קוואַליטעט אויף פּאָליסריסטאַללינע ניקאַל שטער דורך קווד. עס איז געווען אַססעססעד ווי די ראַפנאַס פון די פראָנט און צוריק ייבערפלאַך פון די פאַרמייַדן די מאָרפאָלאָגי און סטרוקטור פון נגף. מיר אויך באַווייַזן קאָסטן-עפעקטיוו און ינווייראַנמענאַלי פרייַנדלעך פּאָלימער-פֿרייַ אַריבערפירן פון די ברעקלעך פון ביידע זייטן פון ניקאַל שטער אויף מולטיפונקטיאָנאַל סאַבסטרייץ און ווייַזן ווי די פראָנט און צוריק פילמס זענען פּאַסיק פֿאַר פאַרשידן אַפּלאַקיישאַנז זענען פּאַסיק פֿאַר פאַרשידן אַפּלאַקיישאַנז.
די פאלגענדע סעקשאַנז דיסקוטירן פאַרשידענע גראַפייט פילם גרעב קאַטערינג אויף די נומער פון סטאַקט גראַוויענע לייַערס: (II) לייטאַל גראַפענע (ד) ליילז) (II) לייטאַל גראַפענע (גריכיש גראַפענע (SLG, 1 LI) לייטאַלז) און (IV) NGF (~ 300 לייַערס). די יענער איז די מערסט פּראָסט גרעבס אויסגעדריקט ווי אַ פּראָצענט פון געגנט (בעערעך 97% שטח פּער 100 μ מ 2) 30. דעריבער, דער גאנצע פילם איז פשוט גערופן נגף.
פּאָוביסאַללינע ניקאַל פאָולז געניצט פֿאַר די סינטעז פון גראַפענע און גראַפענע און גראַפענע און גראַפענע און גראַפענע פילמס האָבן פאַרשידענע טעקסטשערז ווי אַ רעזולטאַט פון זייער פּראָדוצירן און סאַבסאַקוואַנט פּראַסעסינג. מיר לעצטנס געמאלדן אַ לערנען צו אַפּטאַמייז דער וווּקס פּראָצעס פון נגפ 30. מיר ווייַזן אַז פּראָצעס פּאַראַמעטערס אַזאַ ווי אַנילינג צייט און קאַמער דרוק בעשאַס דער וווּקס בינע שפּיל אַ קריטיש ראָלע אין באקומען נגפס פון מונדיר גרעב. דאָ, מיר ווייטער ינוועסטאַגייטאַד דעם וווּקס פון נגף אויף פּאַלישט פראָנט (FS) און אַנפּאָליש צוריק (BS) סערפאַסיז פון ניקאַל שטער (פיגורע שטער (פיג. 1 אַ). 1 אַ). דריי טייפּס פון סאַמפּאַלז FS און BS זענען יגזאַמאַנד, ליסטעד אין טאַבלע 1 מיקראָסקאָפּיק מעזשערמאַנץ זענען באשטעטיקט (Fig. 1B, C). א טיפּיש ראַמען ספּעקטרום פון פס-נ.ף באמערקט אין די העל געגנט און אנגעוויזן דורך רויט, בלוי און מאַראַנץ אַראָוז אין פיגורע 1 ב איז געוויזן אין פיגורע 1 ק. די כאַראַקטעריסטיש ראַמאַן פּיקס פון גראַפייט ג (1683 סענטימעטער -1) און 2 ד (2696 סענטימעטער -1) באַשטעטיקן דעם וווּקס פון הויך קריסטאַליין נגף (פיג. 1 ק 1). איבער דעם פילם, אַ פּרידאַמאַנאַנס פון ראַמאַן ספּעקטראַ מיט ינטענסיטי פאַרהעלטעניש (I2D / IG) ~ 0.3 איז געווען באמערקט, בשעת ראַמען ספּעקטראַ מיט I2D / I2D / IG = 0.8 זענען ראַרעלי באמערקט. דער אַוועק פון דעפעקטיווע פּיקס (D = 1350 סענטימעטער -1) אין די גאנצע פילם ינדיקייץ די הויך-קוואַליטעט פון NGF וווּקס. ענלעך ראַמאַן רעזולטאַטן זענען באקומען אויף די BS-NGF מוסטער (פיגורע סי 1 א און ב, טיש סי 1).
פאַרגלייַך פון Niag FS- און BS-NGF: (אַ) פאָטאָגראַפיע פון ​​אַ טיפּיש נגף (NIAG) מוסטער מיט די ווייפער וואָג (55 קמ 2) און די ריזאַלטינג BS- און FS-NI באקומען דורך פאַרשידענע שטעלעס אין טאַפליע ב, (ד, סאַם בילדער אין פאַרשידענע מאַגנאַפאַקיישאַנז אויף FS-NGF / NI, (E, g) ים בילדער אין פאַרשידענע מאַגנאַפאַקיישאַנז שטעלט Bs -ngf / ni. די בלוי פייַל ינדיקייץ די פלאַג געגנט, די מאַראַנץ פייַל ינדיקייץ די MLG געגנט (לעבן די סוף רעדאַגירן געגנט), די רויט פייַל ינדיקייץ די NGF געגנט, און די מאַגענטאַ פייַל ינדיקייץ די פאַרלייגן.
זינט וווּקס דעפּענדס אויף די גרעב פון די ערשט סאַבסטרייט, קריסטאַל גרייס, אָריענטירונג, אָריענטירונג, און קערל, אַטשיווינג גלייַך קאָנטראָל פון נגף גרעב זיך איבער גרויס געביטן בלייבן אַ אַרויסרופן פון די טשאַלייע דער לערנען געניצט אינהאַלט מיר ביז אַהער ארויס 60. דער פּראָצעס טראגט אַ העל געגנט 0.1-3% פּער 100 μ מ 230. אין די פאלגענדע סעקשאַנז, מיר פאָרשטעלן רעזולטאַטן פֿאַר ביידע טייפּס פון מקומות. די בילדער פון הויך מאַגנאַפאַקיישאַן ווייַזן די בייַזייַן פון עטלעכע העל קאַנטראַסט געביטן אויף ביידע זייטן (Fig. 1F, G), וואָס ינדיקייץ די בייַזייַן פון פלג און מלג מקומות 30,45. דאָס איז אויך באשטעטיקט דורך ראַמאַן צעוואָרפן (Fig. 1C) און מוסטער רעזולטאַטן (דיסקאַסט שפּעטער אין די אָפּטיילונג "FS-NGF: סטרוקטור און פּראָפּערטיעס"). די פלג און מלג מקומות באמערקט אויף FS- און BS- און BS-NGF / NI סאַמפּאַלז (פראָנט און צוריק נגף דערוואַקסן אויף ני) קען זיין דערוואַקסן אויף גרויס ני (111) גריינז געשאפן בעשאַס פאַר - אַנילינג22,30,45. פאָלדינג איז באמערקט אויף ביידע זייטן (Fig. 1 ב, איז אנגעצייכנט מיט לילאַ אַראָוז). די פאָלדס זענען אָפט געפֿונען אין קווד-דערוואַקסן גראַפענע און גראַפייט פילמס רעכט צו דער גרויס חילוק אין די קאָואַפישאַנט פון טערמאַל יקספּאַנשאַן צווישן די מעגילע סאַבסטרייט 30,38.
די AMM בילד באשטעטיקט אַז די FS-NGF מוסטער איז געווען פלאַטער ווי די BS-NGF מוסטער (פיגורע סי 1) (פיגורע סי 2). דער שורש מיינען קוואדראט (רמס) רמעננעסס וואַלועס פון FS-NGF / NI (Fig. סי 2 ק) און BS-NGF / NI (Fig. SI2D (Fig. SI2D (Fig. די העכער ראַפנאַס קענען זיין פארשטאנען באזירט אויף די ייבערפלאַך אַנאַליסיס פון די ניקאַל (ניאַר) שטער אין די ווי-באקומען שטאַט (פיגורע סי 3). סאַם בילדער פון FS און BS- ניאַר זענען געוויזן אין Figures Si3a-D, דעמאַנסטרייטינג פאַרשידענע ייבערפלאַך מאָרפענדערז: פּאַלישט FS-Ni Falne Rs-Nano- און מייקראַן-סייזד לייטער. ווי פּאַרטיקאַלז מיט הויך שטאַרקייט. און אַראָפּגיין. בילדער פון נידעריק און הויך האַכלאָטע פון ​​אַנאַליטיד ניקאַל שטער (ניאַ) זענען געוויזן אין פיגורע סי 3 ע-ה. אין די פיגיערז, מיר קענען אָבסערווירן די בייַזייַן פון עטלעכע מייקראַן-סייזד ניקאַל פּאַרטיקאַלז אויף ביידע זייטן פון די ניקאַל שטער (Fig. SI3E-H). גרויס גריינז קען האָבן אַ ני (111) ייבערפלאַך אָריענטירונג, ווי ביז אַהער רעפּאָרטעד 13,46. עס זענען באַטייטיק דיפעראַנסיז אין ניקאַל שטער מאָרפאָלאָגי צווישן FS-NIA און BS-Nia. The higher roughness of BS-NGF/Ni is due to the unpolished surface of BS-NiAR, the surface of which remains significantly rough even after annealing (Figure SI3). דער טיפּ פון ייבערפלאַך איז כאַראַקטעריז איידער דער וווּקס פּראָצעס קענען געבן די ראַפנאַס פון גראַפענע און גראַפייט פילמס צו זיין קאַנטראָולד. עס זאָל זיין אנגעוויזן אַז דער אָריגינעל סאַבסטרייט אַנדערווענט עטלעכע קערל ריאָרגאַנאַזיישאַן בעשאַס גראַוויענע וווּקס, וואָס אַ ביסל דיקריסט די קערל גרייס און אַ ביסל ינקריסינג די ייבערפלאַך ראַפנאַס פון די סאַבסטרייט פאַרמעגן פון די סאַבסטרייט פאַרמעגן פון די סאַבסטרייט פאַרמעגן פון די סאַבסטרייט פאַרמעגן.
שטראַף-טונינג די סאַבסטרייט ייבערפלאַך ראַפנאַס, אַנילינג צייט (קערל גרייס) 30,47 און מעלדונג קאָנטראָל 43 וועט העלפֿן רעדוצירן רעגולער קאָנטראָל 43 וועט העלפֿן רעדוצירן רעגיאָנאַל נגף גרעבאַליטי צו די μ מ 2 און / אָדער אפילו NM2 וואָג (י.ע. נמ 2 וואָג (י.ע. נמ 2 וואָג (י.ע. די יונאַפאָרמאַטי פון די તe צו קאָנטראָלירן די ייבערפלאַך ראַפנאַס פון די סאַבסטרייט, מעטהאָדס אַזאַ ווי ילעקטראַליטיק פּאַלישינג פון די ריזאַלטינג ניקאַל שטער קענען זיין קאַנסידערד 48. די פּרעטרעאַטעד ניקאַל שטער קענען זיין אַנניילד ביי אַ נידעריקער טעמפּעראַטור (<900 ° C) 46 און צייט (<5 מין) צו ויסמיידן די פאָרמירונג פון גרויס ני (111) גריינז (111) גריינז (וואָס איז וווילטויק פֿאַר פלג וווּקס).
SLG and FLG graphene is unable to withstand the surface tension of acids and water, requiring mechanical support layers during wet chemical transfer processes22,34,38. אין קאַנטראַסט צו די נאַס כעמישער אַריבערפירן פון פּאָלימער-שטיצט איין-ליילז גראַפין 38, מיר געפונען אַז ביידע זייטן פון די ווי-דערוואַקסן נגף קענען זיין טראַנספערד אָן פּאָלימער שטיצן, ווי געוויזן אין פיגורע 2 אַ. אַריבערפירן פון נגף צו אַ געגעבן סאַבסטרייט הייבט מיט נאַס עטשינג פון די אַנדערלייינג ניפּעדיע. דער דערוואַקסן נגף / ני / נגף סאַמפּאַלז זענען געשטעלט יבערנאַכטיק אין 15 מל פון 70% הנאָ 3 דיילוטאַד מיט 600 מל פון דעיאָניזעד (די) וואַסער. נאָך די ני שטער איז גאָר צעלאָזן, FS-NGF בלייבט פלאַך און פלאָוץ אויף די ייבערפלאַך פון די פליסיק, פּונקט ווי די NGF / NI / NITF מוסטער, בשעת BS-NGF איז געטובלט אין וואַסער (פיג. 2 אַ, Fig. 2a, Fig. די ייסאַלייטאַד נגף איז דאַן טראַנספערד פון איין ביקער מיט פריש דעיאָניזעד וואַסער צו אן אנדער ביקער און די ייסאַלייטאַד נגף איז געוואשן ונ דורך, ריפּיטינג פיר צו זעקס מאָל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל דורך די קאָנקאַווע גלאז שיסל. לעסאָף, FS-NGF און BS-NGF זענען געווען שטעלן אויף דער געוואלט סאַבסטרייט (Fig. 2C).
פּאָלימער-פריי נאַס כעמישער אַריבערפירן פּראָצעס פֿאַר נגף דערוואַקסן אויף ניקאַל שטער: (אַ) פּראָצעס פלאָו דיאַגראַמע (b) ביישפּיל. BS-NGF פון דער זעלביקער מוסטער ווי טאַפליע ד (צעטיילט אין צוויי פּאַרץ), טראַנספערד צו גאָלד פּלייטאַד C פּאַפּיר און נאַסיאָן (פלעקסאַבאַל טראַנספּעראַנט סאַבסטרייט, עדזשאַז אנגעצייכנט מיט רויט עקן).
באַמערקונג אַז סלג אַריבערפירן געטאן מיט נאַס כעמישער אַריבערפירן מעטהאָדס, פּראָדוצירן אַ גאַנץ פּראַסעסינג צייט פון 20-24 שעה 38. מיט די פּאָלימער-פריי אַריבערפירן טעכניק דעמאַנסטרייטיד דאָ (פיגורע סי 4 אַ), די קוילעלדיק נגף אַריבערפירן פּראַסעסינג צייט איז באטייטיק רידוסט (בעערעך 15 שעה). דער פּראָצעס באשטייט פון: (טרעטן 1) צוגרייטן אַ עטשינג לייזונג און שטעלן דעם מוסטער אין עס (~ 10 מינוט), און דאַן וואַרטן יבערנאַכטיק פֿאַר ני עטשינג (~ 7200 מינוט), (טרעטן 2) שווענקען מיט דעיאָניזעד וואַסער (שריט - 3) שווענקען מיט דעיאָניזעד וואַסער (שריט - 3) שווענקען מיט דעיאָניזעד וואַסער (שריט - 3). קראָם אין דעיאָניזעד וואַסער אָדער אַריבערפירן צו ציל סאַבסטרייט (20 מינוט). וואַסער טראַפּט צווישן די נגף און די פאַרנעם מאַטריץ איז אַוועקגענומען דורך קאַפּאַלערי אַקציע (ניצן בלאַטינג פּאַפּיר) 38, און די רוען וואַסער דראַפּלאַץ זענען אַוועקגענומען דורך נאַטירלעך דריינג (בעערעך 30 מינוט) און לעסאָף איז דאַר פֿאַר 10 מינוט. מין אין אַ וואַקוום ויוון (10-1 מבאַר) בייַ 50-90 ° C (60 מינוט) 38.
גראַפייט איז באַוווסט צו וויטסטאַנד די בייַזייַן פון וואַסער און לופט טעמפּעראַטור טעמפּעראַטורעס (ស 200 ° C) 50,51,52. מיר טעסטעד סאַמפּאַלז מיט ראַמאַן ספּעקטראָסקאָפּי, סעם, און קסרד נאָך סטאָרידזש אין דעאָניזעד וואַסער אין צימער טעמפּעראַטור און אין געחתמעט לאגלען ערגעץ עטלעכע טעג צו איין יאָר (פיגורע סי 4). עס איז קיין באמערקט דערנידעריקונג. פיגורע 2c ווייַזן פריי-שטייענדיק FS-NGF און BS-NGF אין דעיאָניזעד וואַסער. מיר קאַפּטשערד זיי אויף אַ סיאָ 2 (300 נם) / si סאַבסטרייט, ווי געוויזן אין די אָנהייב פון פיגורע 2c. אַדדיטיאָנאַללי, ווי געוויזן אין פיגורע 2 ד, E, קעסיידערדיק נגף קענען זיין טראַנספערד צו פאַרשידן סאַבסטרייץ אַזאַ ווי פּאָלימערס (טיקסולז און נעקסאָלען) און גאָלד-קאָוטאַד טשאַד פּאַפּיר. די פלאָוטינג FS-NGF איז געווען לייכט געשטעלט אויף די ציל סאַבסטרייט (Fig. 2C, ד). אָבער, BS-NGF סאַמפּאַלז גרעסער ווי 3 קמ 2 איז שווער צו שעפּן ווען גאָר געטובלט אין וואַסער. יוזשאַוואַלי ווען זיי אָנהייבן צו זעמל אין וואַסער, רעכט צו אָפּגעלאָזן האַנדלינג וואָס זיי פאַלן אָפט אין צוויי אָדער דרייַ פּאַרץ (פיג. 2 ע). קוילעלדיק, מיר זענען ביכולת צו דערגרייכן פּאָלימער-פֿרייַ אַריבערפירן פון פּס- און BS-NGF (קעסיידערדיק סימלאַס אַריבערפירן אָן נגף / ני / נגף וווּקס בייַ 6 סענטימעטער אַרויף צו 6 און 3 סענטימעטער, ריספּעקטיוולי. די רוען גרויס אָדער קליין ברעקלעך קענען זיין (עריינדזשד לייזונג אָדער דעיאָניזעד וואַסער) אויף דער געוואלט סאַבסטרייט (פיגורע סי 4B, זען מוסטער און פּראָפּערטיעס (דיסקאַסט). 98-99% (נאָך וווּקס פֿאַר אַריבערפירן).
אַריבערפירן סאַמפּאַלז אָן פּאָלימער זענען אַנאַלייזד אין דעטאַל. מער ייבערפלאַך מאָרפאַלאַדזשיקאַל קעראַקטעריסטיקס באקומען אויף FS- און BS-NGF / SIO2 / SI (Fig. 2C) ניצן אָפּטיש מיקראָסקאָפּי (OM) און SE Fig. 3. קענטיק סטראַקטשעראַל שעדיקן אַזאַ ווי קראַקס, האָלעס, אָדער אַנראָולד געביטן. די פאָולדז אויף די גראָוינג נגף (Fig. 3 ב, ד, אנגעצייכנט דורך לילאַ אַראָוז) פארבליבן בעשאָלעם נאָך אַריבערפירן. ביידע FS- און BS-NGFS זענען קאַמפּאָוזד פון פלג מקומות (העל מקומות אנגעוויזן דורך בלוי אַראָוז אין פיגורע 3). סאַפּרייזינגלי, אין קאַנטראַסט צו די ביסל דאַמידזשד מקומות טיפּיקלי באמערקט בעשאַס פּאָלימער אַריבערפירן פון ולטראַטהאַגרייט פילמס, עטלעכע מייקראַן-סייזד פלג און מלג רעגיאָנס אין בלוי אַראָוז אין פיגורע 3 ד). 3). . מעטשאַניקאַל אָרנטלעכקייַט איז געווען ווייַטער באשטעטיקט ניצן Teme און Sem בילדער פון NGF טראַנספערד אַנטו סטייַע-טשאַד קופּער גרידס, ווי דיסקאַסט שפּעטער ("FS-NGF: סטרוקטור און פּראָפּערטיעס"). די טראַנספערד BS-NGF / SIO2 / SI איז ראַפער ווי FS-NGF / SIO2 / SI מיט RMS וואַלועס פון 140 נם און 17 נם ריספּעקטיוולי, ווי געוויזן אין פיגורע סי 6 אַ און ב (20 × 20 μ מ 2). די RMS ווערט פון נגף טראַנספערד אַנטו די סיאָ 2 / SI סאַבסטרייט (RMS <2 NM) איז באטייטיק נידעריקער (וועגן 3 מאָל) ווי די פון נגף איז באטייטיק נידעריקער (וועגן 3 מאָל) ווי אין דעם פון נגף. אין אַדישאַן, AFM בילדער דורכגעקאָכט אויף די עדזשאַז פון FS- און BS-NGF / SIO2 / סי סאַמפּאַלז געוויזן NGF גרעב פון 100 און 80 נם ריספּעקטיוולי (Fig. סי 7). דער סמאָלער גרעב פון BS-NGF קען זיין אַ רעזולטאַט פון די ייבערפלאַך נישט זייַענדיק גלייך יקספּאָוזד צו די פּריקערסער גאַז.
Transferred NGF (NiAG) without polymer on SiO2/Si wafer (see Figure 2c): (a,b) SEM images of transferred FS-NGF: low and high magnification (corresponding to the orange square in the panel). טיפּיש געביטן) - אַ). (C, ד) ים בילדער פון טראַנספערד BS-NGF: נידעריק און הויך מאַגנאַפאַקיישאַן (קאָראַספּאַנדינג צו די טיפּיש געגנט געוויזן דורך די מאַראַנץ קוואַדראַט אין טאַפליע C). (E, F) AFM בילדער פון טראַנספערד FS- און BS-NGFS. בלוי פייַל רעפּראַזענץ די פלג געגנט - העל קאַנטראַסט, סייאַן פייַל - שוואַרץ מלג קאָנטראַסט, רויט פייַל - שוואַרץ קאַנטראַסט רעפּראַזענץ די נגף געגנט, מאַגענטאַ פייַל רעפּראַזענץ די פאַרלייגן.
דער כעמישער זאַץ פון דערוואַקסן און טראַנספערד FS- און BS-NGFS איז אַנאַלייזד דורך X-Ray Phop Phophelection ספּעקטראָסקאָפּי (קספּס) (Fig. 4) א שוואַך שפּיץ איז באמערקט אין די געמאסטן ספּעקטראַ (פיג. 4 אַ, ב) ב), קאָראַספּאַנדינג צו די ני סאַבסטרייט (850 עוו) פון דערוואַקסן FS- און BS-NGFS (NIAG). עס זענען קיין פּיקס אין די געמאסטן ספּעקטראַ פון טראַנספערד FS- און BS-NGF / SIO2 / SI (Fig. 4C; ענלעך רעזולטאַטן פֿאַר BS-NGF / SIO2 / סיאָ 2 / סיאָ 2 / סיאָ 2 / סיאָ 2 / סיאָ 2 / סיאָ 2 / סיאָ 2 / סי, ינדאַקייטינג אַז עס איז קיין ריזאַלענטשאַניישאַן נאָך אַריבערפירן. פיגיערז 4 ד-פ ווייַזן די הויך-האַכלאָטע ספּעקטראַ פון די C 1 ס, אָ 1 ס און סי 2 פּ ענערגיע לעוועלס פון FS-NGF / SIO2 / סי. די ביינדינג ענערגיע פון ​​C 1 S פון Grapite איז 284.4 EV53.54. די לינעאַר פאָרעם פון גראַפייט פּיקס איז בכלל גערעכנט ווי ייסאַמעטריקאַל, ווי געוויזן אין פיגורע 4 ד 54. די הויך-האַכלאָטע האַרץ-לעוועל C 1 ד ספּעקטרום (פיג. 4 ד) אויך באשטעטיקט ריין אַריבערפירן (י.ע., קיין פּאָלימער רעזאַדוז), וואָס איז קאָנסיסטענט מיט פרייַערדיק סטודיעס 38. די סעפּטראַ פון די פרעשלי דערוואַקסן מוסטער (Niag) און נאָך אַריבערפירן איז 0.55 און 0.62 עוו, ריספּעקטיוולי. די וואַלועס זענען העכער ווי די פון CLG (0.49 EV פֿאַר סלג אויף אַ סיאָ 2 סאַבסטרייט) 38. אָבער, די וואַלועס זענען קלענער ווי פריער געמאלדן שורה פֿאַר העכסט אָריענטיד פּיראָליטיק גראַפענע סאַמפּאַלז (~ 0.75 עוו) 53,54,55, ינדאַקייטינג דער אַוועק פון דעפעקטיווע טשאַד זייטלעך אין דעם קראַנט מאַטעריאַל. די C 1 ס און די ערד פּאָליטיק איז אויך פעלן פּלייצעס, און ילימאַנייטינג די נויט פֿאַר פּאַקטאָנמענטאָלאָן פון הויך האַכלאָטע. עס איז אַ π π → π סאַטעליט שפּיץ אַרום 291.1 EV, וואָס איז אָפט באמערקט אין גראַפייט סאַמפּאַלז. די 103 EV און 532.5 EV סיגנאַלז אין די SI 2P און O 1 S האַרץ מדרגה ספּעקטראַ (זען פיג. 4E, A) זענען אַטריביאַטאַד צו די SIO2 56 סאַבסטרייט. XPS איז אַ ייבערפלאַך-שפּירעוודיק טעכניק, אַזוי די סיגנאַלז קאָראַספּאַנדינג צו NI און SIO2 דיטעקטאַד איידער און נאָך NGF אַריבערפירן, ריספּעקטיוולי, זענען אנגענומען צו ערידזשאַנייץ פון די פלג געגנט. ענלעך רעזולטאַטן זענען באמערקט פֿאַר טראַנספערד BS-NGF סאַמפּאַלז (נישט געוויזן).
NIAG XPS רעזולטאַטן: (אַק) יבערבליק ספּעקטראַ פון פאַרשידענע עלאַמאַק אַטאָמישע חיבורים פון דערוואַקסן פס-נגף / ני, בס-נגף / ני און טראַנספערד FS-NGF / SIO2 / SI, ריספּעקטיוולי. (D-F) הויך-האַכלאָטע ספּעקטראַ פון די האַרץ לעוועלס C 1 ס, אָ 1 ס און סי 2 פּ פון די FS-NGF / SIO2 / סי מוסטער.
די קוילעלדיק קוואַליטעט פון די טראַנספערד נגף קריסטאַלז איז אַססעססעד ניצן X-Ray ינקאַקשאַן (XRD). טיפּיש קוואַר-פּאַטערנז (Fig. סי 8) פון טראַנספערד FS- און BS-NGF / SIO2 / SI ווייַזן די בייַזייַן פון די בייַזייַן פון פּיקס (0 0 0 0 0 0 4) 26.6.6.7 ° און 54.7 °, ענלעך צו גראַפייט. . דאָס קאַנפערמז די הויך קריסטאַליין קוואַליטעט פון נגף און קאָראַספּאַנדז צו אַ ינטערלייַער ווייַטקייט פון ד = 0.335 נם, וואָס איז מיינטיינד נאָך די אַריבערפירן שריט. די ינטענסיטי פון די דיסטראַקשאַן שפּיץ (0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4), ינדאַקייטינג אַז די נגף קריסטאַל פלאַך איז געזונט אַליינד מיט די מוסטער ייבערפלאַך.
לויט די רעזולטאַטן פון סאַם, ראַמאַן ספּעקטראָסקאָפּי, XPS און XPD, די קוואַליטעט פון BS-NGF / NI 5) און סי 7).
סלז מיט פּאָלימער סופּפּאָרט לייַערס אַרויף צו 200 נם דיק קענען לאָזנ שווימען אויף וואַסער. דער סעטאַפּ איז קאַמאַנלי געניצט אין פּאָלימער אַסיסטעד נאַס כעמיש טראַנספער פּראָסעססעס 22,38. גראַפס און גראַפיטע זענען כיידראָפאָביק (נאַס ווינקל 80-90 °) 57. די פּאָטענציעל ענערגיע סערפאַסיז פון ביידע גראַפס און פלג האָבן שוין געמאלדן צו זיין גאַנץ פלאַך, מיט נידעריק פּאָטענציעל ענערגיע (~ 1 קדזש / מאָל) פֿאַר די לאַטעראַל באַוועגונג פון וואַסער ביי די ייבערפלאַך 58. אָבער, די קאַלקיאַלייטיד ינטעראַקשאַן ענערגיעס פון וואַסער מיט גראַפענע און דריי לייַערס פון גראַפענע זענען בעערעך - 13 און - 15 קדזשקיפּעדיע - 13 און - 15 קדזשקיואַללי, 58 ריספּעקטיוולי, ינדאַקייטינג אַז די ינטעראַקשאַן פון וואַסער מיט NGF (וועגן 300 לייַערס) איז נידעריקער קאַמפּערד צו מעגיע. דאָס קען זיין איינער פון די סיבות וואָס פרעעסטאַנדינג נגף בלייבט פלאַך אויף די ייבערפלאַך פון וואַסער, בשעת פרעעסטאַנדינג גראַפענע (וואָס פלאָוץ אין וואַסער) קערלז אַרויף און ברייקס אַראָפּ. ווען נגף איז גאָר געטובלט אין וואַסער (רעזולטאַטן זענען די זעלבע פֿאַר פּראָסט און פלאַך נגף), די עדזשאַז בייגן (פיגורע סי 4). אין דעם פאַל פון גאַנץ טבילה, עס איז געריכט אַז די נגף-וואַסער ינטעראַקשאַן ענערגיע איז כּמעט דאַבאַלד (קאַמפּערד צו פלאָוטינג נגף) און אַז די עדזשאַז פון די נגף פאַרלייגן צו האַלטן אַ הויך קאָנטאַקט ווינקל (כיידראָפאָבסיטי). מיר גלויבן אַז סטראַטעגיעס קענען זיין דעוועלאָפּעד צו ויסמיידן קערלינג פון די עדזשאַז פון עמבעדיד נגפס. איין צוגאַנג איז צו נוצן געמישט סאָלוואַנץ צו מאַדזשאַלייט די וועטינג אָפּרוף פון די גראַפייט פילם 59.
די אַריבערפירן פון סלג צו פאַרשידן טייפּס פון סאַבסטרייץ דורך נאַס כעמישער טראַנספער פּראַסעסאַז ביז אַהער געמאלדן. עס איז בכלל אנגענומען אַז שוואַך וואַן דער ווייאַלז עקסיסטירן צווישן גראַפענע / גראַפייט פילמס און סאַבסטרייץ (זיין עס שטרענג סאַבסטרייץ אַזאַ ווי SI38,60, SI46,60, SI38,60, SI38,60, SI38,60, SIO20, SI46,60, עס איז בכלל אנגענומען געוואָרן אַז די שוואַך ווייל זענען בארעכטיגט צווישן גראַפענע / גראַפייט פילמס און סאַבסטרייץ (זיין עס שטרענג סאַבסטרייץ אַזאַ ווי SI38,60, SI38,60, SI38,60, SI38,60, SI46,06,60, עס איז בכלל אנגענומען אַז שוואַך וואן איז געשטיצט צווישן גראַפענע / גראַפייט און סאַבסטרייץ (סיסיאַרס 22 און לאַסי שטיק 28,60,60, si38,60,60,60 וסד ווי אַ פּאָלילימעעד סאַבסטרייץ אַזאַ ווי פּאַלעקסאַבאַל סאַבסטרייץ אַזאַ ווי פלעקסאַבאַל סאַבסטרייץ אַזאַ ווי פלעקסאַבאַל סאַבסטרייץ. דאָ מיר יבערנעמען אַז ינטעראַקשאַנז פון די זעלבע טיפּ פּרידאַמאַנייט. מיר האָבן ניט אָבסערווירן קיין שעדיקן אָדער פּילינג פון נגף פֿאַר קיין פון די סאַבסטרייץ דערלאנגט דאָ בעשאַס מעטשאַניקאַל האַנדלינג (בעשאַס די כאַראַקטעריזאַטיאָן אונטער וואַקוום און / אָדער אַטמאַספעריק טנאָים אָדער אַטמאַספעריק טנאָים אָדער אין סטאָרידזש). אין דערצו, מיר האבן נישט אָבסערווירן אַ סיק שפּיץ אין די קספּס C 1 ד ספּעקטרום פון די האַרץ מדרגה פון די NGF / SIO2 / SI מוסטער (Fig. 4). די רעזולטאַטן אָנווייַזן אַז עס איז קיין כעמיש בונד צווישן נגף און די ציל סאַבסטרייט.
אין די פריערדיקע אָפּטיילונג, "פּאָלימער-פֿרייַ אַריבערפירן פון FS- און BS-NGF," מיר דעמאַנסטרייטיד אַז NGF קענען וואַקסן און אַריבערפירן אויף ביידע זייטן פון ניקאַל שטער. די FS-NGFS און BS-NGFS זענען נישט יידעניקאַל אין טערמינען פון ייבערפלאַך ראַפנאַס, וואָס פּראַמפּטיד אונדז צו ויספאָרשן די מערסט פּאַסיק אַפּלאַקיישאַנז פֿאַר יעדער טיפּ.
קאָנסידערינג די דורכפאַל פון די דורכפאַל ייבערפלאַך פון FS-NGF, מיר געלערנט זייַן היגע סטרוקטור, אָפּטיש און עלעקטריקאַל פּראָפּערטיעס אין מער דעטאַל. די סטרוקטור און סטרוקטור פון FS-NGF אָן פּאָלימער אַריבערפירן זענען קעראַקטערייזד דורך טראַנסמיסיע עלעקטראָן מיקראָסקאָפּי (טעמפּל) ימאַגינג און סעלעקטעד געגנט עלעקטראָן דיסטראַקשאַן (SAD) מוסטער אַנאַליסיס. די קאָראַספּאַנדינג רעזולטאַטן זענען געוויזן אין פיגורע 5. נידעריק מאַגנאַפאַקיישאַן פּלאַנער טעמפּ ימאַגינג גילוי אַנטדעקן דעם בייַזייַן פון נגף און פלג מקומות מיט פאַרשידענע עלעקטראָן קאַנטראַסט קעראַקטעריסטיקס, הייסט דאַרקער און ברייטערער און ברייטער געגנט, ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיג. 5 אַ) ריספּעקטיוולי (פיגייס. דער פילם קוילעלדיק יגזיבאַץ גוט מעטשאַניקאַל אָרנטלעכקייַט און פעסטקייַט צווישן די פאַרשידענע געגנטן און פלג, מיט גוט אָוווערלאַפּ און קיין שעדיקן אָדער טרערן 5 ק- E). אין פיג. פיגורע 5 ד ווייַזן די בריק סטרוקטור אין זיין גרעסטער טייל (די שטעלע אנגעצייכנט דורך די שוואַרץ דאַטיד פייַל אין פיגורע 5 ד), וואָס איז קעראַקטערייזד דורך אַ טרייאַנגגיאַלער פאָרעם און באשטייט פון וועגן וועגן 51. דער זאַץ מיט אַ ינטערפּלאַנאַר ספּייסינג פון 0.33 ± 0.01 נם איז ווייַטער רידוסט צו עטלעכע לייַערס פון גראַפענע אין די שמאָלאַסט געגנט (סוף פון די האַרט שוואַרץ פייַל אין פיגורע 5 ד).
פּלייַער טעמפּ בילד פון אַ פּאָלימער-פריי Niag מוסטער אויף אַ טשאַד לייסי קאָפּ קופּער גריד: (א, ב) נידעריקגנאַפאַקיישאַן מוסטער אַרייַנגערעכנט NGF און פלג מקומות, און פלג מקומות אין טאַפליע-B זענען אנגעצייכנט אַראָוז פון די זעלבע קאָליר. גרין אַראָוז אין פּאַנאַלז א און C אָנווייַזן קייַלעכיק געביטן פון שעדיקן בעשאַס שטראַל אַליינמאַנט. (F-i) אין פּאַנאַלז אַ צו C, סאַונד פּאַטערנשאַנז אין פאַרשידענע געגנטן זענען ינדאַקייטיד דורך בלוי, סיאַן, מאַראַנץ און רויט קרייזן, ריספּעקטיוולי.
די בענד סטרוקטור אין פיגורע 5 ק ווייזט (אנגעצייכנט מיט רויט פייַל) די ווערטיקאַל אָריענטירונג פון די גראַפייט לייט צו די פילם (ינסעט אין פיגורע 5c) רעכט צו וידעפדיק אַנקאַקיישאַנז פון די פיגורע. אונטער הויך האַכלאָטע, די נאַנאָפאָלדס 30 ויסשטעלונג אַ אַנדערש קריסטאַלאָגראַפיק אָריענטירונג ווי די רעשט פון די נגף געגנט; די בייסאַל פּליינז פון די גראַפייט לאַטאַס זענען אָריענטיד כּמעט ווערטיקלי, אלא ווי כאָריזאַנטאַלי ווי די רעשט פון די פילם (ינסעט אין פיגורע 5 ק). סימילאַרלי, די פלג געגנט טייל מאָל יגזיבאַץ לינעאַר און שמאָל באַנד-ווי פאָולדז (אנגעצייכנט דורך בלוי אַראָוז), וואָס דערשייַנען ביי נידעריק און מיטל מאַגנאַפאַקיישאַן אין פיגיערז 5 ב. די ינסעט אין פיגורע 5 ° אַדדיטיאָנאַללי, רעקאָרדעד סאַם בילדער פון פּאָלימער-פֿרייַ NGF טראַנספערד אַנטו קופּער גרידס מיט לאַסי טשאַד פילמס (נאָך פּערפאָרמינג שפּיץ-מיינונג TEM מעזשערמאַנץ) זענען געוויזן אין פיגורע סי 9. דער געזונט סוספּענדעד פלג געגנט (אנגעצייכנט מיט בלוי פייַל) און די צעבראכן געגנט אין פיגורע סי 9ף. די בלוי פייַל (בייַ די ברעג פון די טראַנספערד נגף) איז בעקיוון אַז די פלג געגנט קענען אַנטקעגנשטעלנ די אַריבערפירן פּראָצעס אָן פּאָלימער. אין קיצער, די בילדער באַשטעטיקן אַז טייל סוספּענדעד נגף (אַרייַנגערעכנט די פלג געגנט) מיינטיינז מאַקאַניקאַל אָרנטלעכקייַט אפילו נאָך שטרענג האַנדלינג און ויסשטעלן צו אַ הויך וואַקוום בעשאַס צייט און סעמיסעס (פיגורע סי 9).
רעכט צו דער ויסגעצייכנט פלאַטנאַס פון נגף (זען פיגורע 5 אַ), עס איז נישט שווער צו אָריענטירן די פלאַקעס צוזאמען די [0001] פעלד אַקס צו אַנאַלייז די סאַד סטרוקטור. דעפּענדינג אויף די היגע גרעב פון דעם פילם און זייַן אָרט, עטלעכע געגנטן פון אינטערעס (12 פונקטן) זענען יידענאַפייד פֿאַר עלעקטראָן דיסטראַקטיאָנס. אין פיגורעס 5 אַ-C, פיר פון די טיפּיש מקומות זענען געוויזן און אנגעצייכנט מיט בונט קרייזן (בלוי, סיאַן, סיאַן, מאַראַנץ, און רויט קאָדעד). פיגיערז 2 און 3 פֿאַר סאַעד מאָדע. פיגיערז 5 פ און ג די פלג געגנט געוויזן אין פיגיערז 5 און 5. ווי געוויזן אין פיגיערז 5 ב און C ריספּעקטיוולי. זיי האָבן אַ כעקסאַגאַנאַל סטרוקטור ענלעך צו טוויסטיד גראַפענע 63. אין באַזונדער, פיגורע 5F ווייזט דריי סופּעראַמפּאָוזד פּאַטערנז מיט די זעלבע אָריענטירונג פון די [0001] ראָוטייטיד דורך 10 ° און 20 ° און 20 ° און 20 ° און 20 ° און 20 °, ווי עווידאַנסט דורך די ווינקלדיק מיסטיק פון די דרייַ פּערז פון די דריי פּערז פון (10-10). סימילאַרלי, פיגורע 5 ג ווייזט צוויי סופּעראַמפּאָוזד העקסאַגאַנאַל פּאַטערנז ראָוטייטיד דורך 20 °. צוויי אָדער דריי גרופּעס פון כעקסאַגאַנאַל פּאַטערנז אין די פלג געגנט קענען אויפשטיין פון דריי אין-פלאַך אָדער העכער אָדער אַ-פלאַך גראַפענע לייַערס 33 ראָוטייטיד קאָרעוו צו יעדער אנדערער. אין קאַנטראַסט, די עלעקטראָן דיסטראַקשאַן פּאַטערנז אין פיגורע 5 ה, איך (קאָראַספּאַנדינג צו די נגף געגנט געוויזן אין פיגורע 5 אַ) ווייַזן אַ איין [0001] מוסטער מיט אַ קוילעלדיק העכער פונט איז ינטענסיטי, קאָראַספּאַנדינג צו אַ גרעסערע מאַטעריאַלס. די סעד מאָדעלס שטימען צו אַ טיקער גראַפטיק סטרוקטור און ינטערמידייט אָריענטירונג ווי פלג, ווי וויטידזשיז פון די אינדעקס 64. קעראַקטערייזמאַנט פון די קאָעקסיסטאַנס פון צוויי אָדער דריי סופּעראַמפּאָוזד גראַפייט (אָדער גראַפענע). וואָס איז דער הויפּט נאָוטווערדי אין די פלג געגנט איז אַז די קריסטאַלייץ האָבן אַ זיכער גראַד פון די פלאַך אָדער אַרויס-פון-פון-פלאַך מיסיעראַנטיישאַן. גראַפייט פּאַרטיקאַלז / לייַערס מיט די פלאַך ראָוטיישאַן ווינקלז פון 17 °, 22 ° און 25 ° און 25 °, איז ביז אַהער געווען רעפּאָרטעד פֿאַר נגף דערוואַקסן אויף די 64 פילמס. די ראָוטיישאַן ווינקל וואַלועס באמערקט אין דעם לערנען איז קאָנסיסטענט מיט ביז אַהער באמערקט ראָוטיישאַן אַנגלעס (± 1 °) פֿאַר טוויסטיד בלג 63 גראַפס.
די עלעקטריקאַל פּראָפּערטיעס פון נגף / סיאָ 2 / סי זענען געמאסטן אין 300 ק איבער אַ שטח פון 10 × 3 ממ 2. די וואַלועס פון עלעקטראָן טרעגער קאַנסאַנטריישאַן, מאָביליטי און קאַנדאַקטיוואַטי זענען 1.6 × 1020 סענטימעטער -3, 220 סענטימעטער V -1 C-1 און 2000 ס -1 ריספּעקטיוולי. די מאָביליטי און קאַנדאַקטיוואַטי וואַלועס פון אונדזער נגף זענען ענלעך צו נאַטירלעך גראַפיטע 2 און העכער ווי קאמערשעל בנימצא העכסט אָריענטיד פּיראָליטיק גראַפייט (געשאפן 3000 ° C) 29. די באמערקט עלעקטראָן טרעגער קאַנסאַנטריישאַן וואַלועס זענען צוויי אָרדערס פון מאַגנאַטוד מער ווי די לעצטנס געמאלדן (7.25 × 10 סענטימעטער -3) פֿאַר מיקראָן-דיק גראַפייט פילמס צוגעגרייט ניצן הויך טעמפּעראַטור (3200 ° C) פּאַלימידע שיץ 20.
מיר אויך דורכפירן ווו-קענטיק טראַנסמיסיע מעזשערמאַנץ אויף FS-NGF טראַנספערד צו קוואַרץ סאַבסטרייץ (פיגורע 6). די ריזאַלטינג ספּעקטרום ווייַזן אַ קימאַט קעסיידערדיק טראַנסמיסטער פון 62% אין די קייט 350-800 נם, ינדאַקייטינג אַז נגף איז טראַנסלוסאַנט צו קענטיק ליכט. אין פאַקט, דער נאָמען "מרוסט" קענען ווערן געזען אין די דיגיטאַל פאָטאָגראַפיע פון ​​דער מוסטער אין פיגורע 6 ב. כאָטש די נאַנאָקריוואַללינע סטרוקטור פון נגף איז אַנדערש פון דעם פון סלג, די נומער פון לייַערס קענען זיין בעערעך עסטימאַטעד ניצן די הערשן פון 2.3% טראַנסמיסיע אָנווער פּער נאָך Layer65. לויט דעם שייכות, די נומער פון גראַוויענע לייַערס מיט 38% טראַנסמיסיע אָנווער איז 21. דער דערוואַקסן נגף דער הויפּט באשטייט פון 300 גראַפענע לייַערס, דאָס הייסט וועגן 100 נם דיק (פיג. 1, סי 7). דעריבער, מיר יבערנעמען אַז די באמערקט אָפּטיש דורכזעיק איז קאָראַספּאַנדז צו די פלג און מלג מקומות, ווייַל זיי זענען פונאנדערגעטיילט איבער די פילם (פייגן. 1, 5 און 6 ק). אין אַדישאַן צו די אויבן סטראַקטשעראַל דאַטן, קאַנדאַקטיוואַטי און דורכזעונג אויך באַשטעטיק די הויך קריסטאַליין קוואַליטעט פון די טראַנספערד נגף.
(אַ) ווו-קענטיק טראַנסמיסיע מעזשערמאַנט, (ב) טיפּיש נגף אַריבערפירן אויף קוואַרץ ניצן אַ רעפּריזענאַטיוו מוסטער. (c) סכעמאַטיש פון נגף (טונקל קעסטל) מיט יוואַנלי פונאנדערגעטיילט פלג און מלג מקומות אנגעצייכנט ווי גרוי טראַפ - שאַפּעס איבער די מוסטער 1) (בעערעך 1) (בעערעך 100 μ מ 2). די טראַפ - שאַפּעס און זייער סיזעס אין די דיאַגראַמע זענען נאָר ילאַסטראַטיוו צוועקן און טאָן ניט שטימען צו פאַקטיש געביטן.
טראַנסלוסאַנט נגף דערוואַקסן דורך CVD איז ביז אַהער טראַנספעררעד צו נאַקעט סיליציום סערפאַסיז און געוויינט אין זונ - סעלז 15,16. די ריזאַלטינג מאַכט קאַנווערזשאַן עפעקטיווקייַט (PCE) איז 1.5%. די NGFS דורכפירן קייפל פאַנגקשאַנז אַזאַ ווי אַקטיוו קאַמפּאַונד לייַערס, אָפּצאָל אַריבערפירן פּאַטווייז און טראַנספּעראַנט ילעקטראָודז 135,16. אָבער, די גראַפייט פילם איז נישט מונדיר. ווייַטער אָפּטימיזאַטיאָן איז נייטיק דורך קערפאַלי קאַנטראָולינג די בויגן קעגנשטעל און אָפּטיש טראַנסמיסטיאָן פון די גראַפיטע ילעקטראָוד, ווייַל די צוויי פּראָפּערטיעס שפּילן אַ וויכטיק ראָלע אין דיטערמאַנינג די פונט ווערט פון די זונ - סעלל 35,16. טיפּיקאַללי, גראַפענע פילמס זענען 97.7% טראַנספּעראַנט צו קענטיק ליכט, אָבער איר האָבן אַ בויגן קעגנשטעל פון 200-3000 אָקס / סק .16. די ייבערפלאַך קעגנשטעל צו רידוסט די נומער פון לייַערס (קייפל אַריבערפירן פון גראַפענע לייַערס) און דאָפּינג מיט HNO3 (~ 30 אָהם / סק.) 66. אָבער, דער פּראָצעס נעמט אַ לאַנג צייַט און די פאַרשידענע אַריבערפירן לייַערס טאָן ניט שטענדיק האַלטן גוט קאָנטאַקט. אונדזער פראָנט זייַט נגף האט פּראָפּערטיעס אַזאַ ווי קאַנדאַקטיוואַטי 2000 s / סענטימעטער, פילם בלאַט קעגנשטעל 50 אָום / סק. און 62% דורכזעיקייַט, אַזוי אַ ווייאַבאַל אָלטערנאַטיוו פֿאַר קאַנדאַקטיוו טשאַנאַלז אָדער טאָמבאַנק ילעקטראָודז אין זונ - סעלז 15,16.
כאָטש די סטרוקטור און ייבערפלאַך כעמיע פון ​​BS-NGF זענען ענלעך צו FS-NGF, די ראַפנאַס איז אַנדערש ("וווּקס פון FS- און BS-NS-NGF"). ביז אַהער, מיר געוויינט הינטער-דין פילם גראַפיטע 22 ווי אַ גאַז סענסער. דעריבער, מיר טעסטעד די פיזאַבילאַטי פון ניצן BS-NGF פֿאַר גאַז סענסינג טאַסקס (פיגורע SI10). ערשטער, ממ 2-סייזד פּאָרשאַנז פון BS-NGF זענען טראַנספערד אַנטו די ינטערידזשעקטיוו ילעקטראָוד סענסאָר שפּאָן (פיגורע סי 10 אַ). מאַנופאַקטורינג דעטאַילס פון דעם שפּאָן זענען פריער געמאלדן; זיין אַקטיוו שפּירעוודיק געגנט איז 9 ממ 267. אין דער סאַם בילדער (פיגורע סי 10B און C), די אַנדערלייינג גאָלד ילעקטראָוד איז קלאר קענטיק דורך די נגף. ווידער, עס איז קענטיק אַז מונדיר שפּאָן קאַווערידזש איז געווען אַטשיווד פֿאַר אַלע סאַמפּאַלז. די גאַז סענסאָר מעזשערמאַנץ פון פאַרשידן גאַסאַז זענען רעקאָרדעד (Fig. SI10D) (Fig. SI11) און די ריזאַלטינג ענטפער רייץ זענען געוויזן אין פייגן. SI10G. מסתּמא מיט אנדערע ינטערפירינג גאַסאַז אַרייַנגערעכנט סאָ 2 (200 פּיפּיעם), №2%), טש 4 (200 פּיפּיעם), קאָ 2 (2%), ה 2, ה 2, (200 פּיפּיעם) און נה 3 (200 פּיפּי). איין מעגלעך סיבה איז נאָ 2. עלעקטראָפיליק נאַטור פון די Gas22,68. ווען אַדסאָרבעד אויף די ייבערפלאַך פון גראַפענע, עס ראַדוסאַז די קראַנט אַבזאָרפּשאַן פון עלעקטראָנס דורך די סיסטעם. אַ פאַרגלייַך פון די ענטפער צייט דאַטן פון די BS-NGF סענסאָר מיט ביז אַהער ארויס סענסאָרס איז דערלאנגט אין טיש סי 2. די מעקאַניזאַם פֿאַר ריאַקטיווייטינג נגף סענסאָרס ניצן ווו פּלאַזמע, אָ 3 פּלאַזמע אָדער טערמאַל (50-150 ° C) באַהאַנדלונג פון די באַהאַנדלונג פון יקספּאָוזד, איז אָנגעפילט, יידילי נאכגעגאנגען דורך די ימפּלאַמענטיישאַן פון עמבעדיד סיסטעמען69.
בעשאַס די קווד פּראָצעס, גראענע וווּקס אַקערז אויף ביידע זייטן פון די קאַטאַליסט סאַבסטרייט 41. אָבער, בס-גראַפענע איז יוזשאַוואַלי עדזשעקטעד בעשאַס די אַריבערפירן פּראָצעס 41. אין דעם לערנען, מיר באַווייַזן אַז הויך-קוואַליטעט נגף וווּקס און פּאָלימער-פריי נגף אַריבערפירן קענען זיין אַטשיווד אויף ביידע זייטן פון די קאַטאַליסט שטיצן. BS-NGF איז טינער (~ 80 נם) ווי FS-NGF (m 100 נם), און דעם חילוק איז דערקלערט דורך די פאַקט אַז BS-NI איז נישט גלייך יקספּאָוזד צו די פּריקערסער גאַז לויפן. מיר אויך געפֿונען אַז די ראַפנאַס פון די ניר סאַבסטרייט ינפלוענסעס די ראַפנאַס פון די נגף. די רעזולטאַטן אָנווייַזן אַז די דערוואַקסן פּלאַנאַר פס-נגף קענען ווערן געניצט ווי אַ פּריקערסער מאַטעריאַל פֿאַר מעגין (דורך עקספאָולייישאַן מעטאַד 70) אָדער ווי אַ קאַנדאַקטיוו קאַנאַל אין זונ - סעלז 15,16. אין קאַנטראַסט, BS-NGF וועט ווערן געניצט פֿאַר גאַז דיטעקשאַן (Fig. SI9) און עפשער פֿאַר ענערגיע סטאָרידזש סיסטעמען 71,72 ווו די ייבערפלאַך ראַפנאַס וועט זיין נוציק.
קאָנסידערינג די אויבן, עס איז נוצלעך צו פאַרבינדן די קראַנט אַרבעט מיט ביז אַהער ארויס גראַפייט פילמס געוואקסן דורך CVD און ניצן ניקאַל שטער. ווי קענען ווערן געזען אין טאַבלע 2, די העכער פּרעשערז מיר געוויינט פאַרקירצט די אָפּרוף צייט (וווּקס בינע) אפילו ביי לעפיערעך נידעריק טעמפּעראַטורעס (אין די קייט פון 850-1300 ° C). מיר אויך אַטשיווד גרעסערע וווּקס ווי געוויינטלעך, ינדאַקייטינג פּאָטענציעל פֿאַר יקספּאַנשאַן. עס זענען אנדערע סיבות צו באַטראַכטן, עטלעכע פון ​​וואָס מיר האָבן אַרייַנגערעכנט אין די טיש.
טאָפּל-סיידאַד הויך-קוואַליטעט נגף איז דערוואַקסן אויף ניקאַל שטער דורך קאַטאַליטיק קווד. דורך ילימאַנייטינג בעקאַבאָלעדיק פּאָלימער סאַבסטרייץ (אַזאַ ווי געוויינט אין קווד גראַענע), מיר דערגרייכן ריין און כיסאָרן-פריי נאַס אַריבערפירן פון נגף (דערוואַקסן אויף די צוריק און פראָנט זייטן פון ניקאַל שטער) צו פאַרשידן פּראָקלאַקטיאָן. נאָוטאַבלי, נגף כולל פלג און מלג מקומות (טיפּיקלי 0.1% צו 3% פּער 100 μ מ 2) וואָס זענען סטראַקטשעראַלי געזונט ינאַגרייטיד אין די טיקער פילם. פּלאַנר טעמפּ ווייזט אַז די געגנטן זענען קאַמפּאָוזד פון סטאַקס פון צוויי צו דרייַ גראַפיטע / גראַפענע פּאַרטיקאַלז (קריסטאַלז אָדער לייַערס, ריספּעקטיוולי), עטלעכע פון ​​וואָס האָבן אַ ראָוטיישאַנאַל מיסמאַטש פון 10-20 °. די פלג און מלג מקומות זענען פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר די דורכזעיקייַט פון FS-NGF צו קענטיק ליכט. וועגן די דערציען שיץ, זיי קענען זיין געפירט פּאַראַלעל צו די פראָנט שיץ און, ווי געוויזן, קענען האָבן אַ פאַנגקשאַנאַל ציל (למשל, פֿאַר גאַז דיטעקשאַן). די שטודיום זענען זייער נוציק פֿאַר רידוסינג וויסט און קאָס אין ינדאַסטריאַל וואָג קווד פּראַסעסאַז.
אין אַלגעמיין, די דורכשניטלעך גרעב פון קווד נגף ליגט צווישן (נידעריק-און מאַלטי-שיכטע) גראַפענע און ינדאַסטריאַל (מיקראָמעטער) גראַפיטע שיץ. די קייט פון זייער טשיקאַווע פּראָפּערטיעס, קאַמביינד מיט די פּשוט אופֿן מיר האָבן דעוועלאָפּעד פֿאַר זייער פּראָדוקציע און אַריבערפירן, מאכט די פילמס דער הויפּט פּאַסיק פֿאַר אַפּלאַקיישאַנז ריקוויירינג די גראַפישונג, אָן די קאָסט פון די ענערגיע-אינטענסיווע ינדאַסטריאַל פּראָדוקציע פּראַסעסאַז דערווייַל געניצט.
א 25-μ C קאַבלע ניקאַל שטער (99.5% ריינקייַט, גאָאָדפיל) איז אינסטאַלירן אין אַ געשעפט CVD רעאַקטאָר (אַיקסטראָן 4-אינטש במפּראָ). די סיסטעם איז געווען פּערדזשד מיט אַרגאַן און יוואַקיאַווייטיד צו אַ באַזע דרוק פון 10-3 מבאַר. נירבעל שטער איז געווען געשטעלט. אין AR / H2 (נאָך פאַר-אַנילינג די ני פּייַאָיל פֿאַר 5 מינוט, די מוסטער איז געווען יקספּאָוזד צו אַ דרוק פון 500 מבאַר ביי 900 מבאַר. אנדערש 30.
די ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגי פון דער מוסטער איז וויזשוואַלייזד דורך סעם ניצן אַ זעיס מערלין מיקראָסקאָפּ (1 קוו, 50 פּאַ). דער מוסטער ייבערפלאַך ראַפנאַס און נגף גרעב איז געמאסטן מיט AFM (ויסמעסטונג ייקאַן ספּם, ברוקער). Tem און Saed מעאַסורעמענט איז געווען געפירט אויס מיט אַ פעי טיטאַן 80-300 קובעד מיקראָסקטשי יקוויפּט מיט אַ הויך ברייטנאַס פעלד ימישאַן ביקס (300 קוו), אַ פעאָס אָביעקטיוו ספעריש קעריישאַן קעראַקטעריסטאָר צו באַקומען די לעצט רעזולטאַטן. ספּיישאַל האַכלאָטע 0.09 נם. NGF סאַמפּאַלז זענען טראַנספערד צו טשאַד לאַסי קאָוטאַד קופּער גרידס פֿאַר פלאַך טעמפּאַ ימידזשינג און סאַעד סטרוקטור אַנאַליסיס. אזוי, רובֿ פון די מוסטער פלאַקז זענען סוספּענדעד אין די פּאָרעס פון די סופּפּאָרטינג מעמבראַנע. טראַנספערד נגף סאַמפּאַלז זענען אַנאַלייזד דורך XRD. X-Ray פאַרשידענע פּאַטערנז זענען באקומען מיט אַ פּודער דיפפערטאָמעטער (ברוקקער, ד 2 פאַסע שיפטער מיט קו קוטק מקור, 1.5418 צו דיאַמעטערס פון אַ שטראַל.
עטלעכע ראַמאַן פונט מעזשערמאַנץ זענען רעקאָרדעד מיט אַ ינאַגרייטינג קאָנפאָקקאָפּ (אַלף 300 ראַ, וויטעקט). א 532 נם לאַזער מיט נידעריק-עקסייטיישאַן מאַכט (25%) איז געניצט צו ויסמיידן טעראַלי ינדוסט יפעקץ. רענטגענ-שטראַל פאָטאָ NGF סאַמפּאַלז טראַנספערד אַנטו סיאָ 2 זענען שנייַדן אין ברעקלעך (3 × 10 ממ 2 יעדער) ניצן אַ פּלס 6 מם (1.06 μ ם) יטטערביום פיברע לייזערעס (50 μ סענטימעטער פירע) זענען פאַבריקייטיד מיט זילבער פּאַפּ אונטער אַ אָפּטיש מיקראָסקאָפּ. עלעקטריקאַל טראַנספּאָרט און האַלל ווירקונג יקספּעראַמאַנץ זענען געפירט אויס אויף די סאַמפּאַלז 300 ק און אַ מאַגנעטיק פעלד ווערייישאַן פון ± 9 טעסלאַ אין אַ גשמיות פּראָפּערטיעס מעאַסורעמענט סיסטעם (PPMS עווקאָל-וו, קוואַנטום פּלאַן, USA). טראַנסמיטטעד ווו-ווייַזן ספּעקטראַ זענען רעקאָרדעד מיט אַ לאַמבדאַ 950 ווו-וויז-וויפּס ספּעקטראָפאָטאָמעטער אין די 350-800 נמף קייט טראַנספערד צו קוואַרץ סאַבסטרייץ און קוואַרץ דערמאָנען סאַמפּטרייץ און קוואַרץ דערמאָנען סאַמפּאַנז.
דער כעמישער קעגנשטעל סענסאָר (ינטערדיגייטאַד ילעקוטיד שפּאָן) איז ווייערד צו אַ מנהג פּרינטגעד קרייַז ברעט 73 און די קעגנשטעל איז יקסטראַקטיד טראַנזשאַנאַנטלי. The printed circuit board on which the device is located is connected to the contact terminals and placed inside the gas sensing chamber 74. Resistance measurements were taken at a voltage of 1 V with a continuous scan from purge to gas exposure and then purge again. די קאַמער איז טכילעס קלינד דורך פּערד מיט ניטראָגען 200 סענטימעטער פֿאַר 1 שעה צו ענשור באַזייַטיקונג פון אַלע אנדערע אַנאַליסטעס פאָרשטעלן אין די קאַמער, אַרייַנגערעכנט נעץ. דער יחיד אַנאַליטידעס זענען סלאָולי פריי אין דער קאַמער אין דער זעלביקער לויפן קורס פון 200 סענטימעטער דורך קלאָוזינג די N2 צילינדער.
א ריווייזד ווערסיע פון ​​דעם אַרטיקל איז ארויס און קענען זיין אַקסעסט דורך די לינק אין די שפּיץ פון די אַרטיקל.
ינאַגאַקי, מ. און קאַנג, פ. טשאַד מאַטעריאַלס און ינזשעניעריע: פאַנדאַמענטאַלז. צווייטע אַדישאַן עדיטיד. 2014. 542.
פּירסאָן, האָ האַנדבאָאָק פון טשאַד, גראַפייט, דימענט און פולערינעס: פּראָפּערטיעס, פּראַסעסינג און אַפּלאַקיישאַנז. דער ערשטער אַדישאַן איז עדיטיד. 1994, ניו דזשערזי.
צאַ, וו. עט על. מאַלטילייער גראָמדע פון ​​מאַלטילייער / גראַפייט ווי טראַנספּעראַנט דין קאַנדאַקטיוו ילעקטראָודז. אַפּלאַקיישאַן. פיזיק. רייט. 95 (12), 123115 (2009).
באַלאַנדין אַאַ טערמאַל פּראָפּערטיעס פון גראַפענע און נאַנאָסטראַקטורעד טשאַד מאַטעריאַלס. NAT. מאַט. 10 (8), 569-581 (2011).
טשענג קי, ברוין פּוו און קאַהילל דג טערמאַל קאַנדאַקטיוואַטי פון גראַפייט פילמס דערוואַקסן אויף ני (111) דורך נידעריק טעמפּעראַטור כעמישער פארער דעפּאַזישאַן. אַדווערב. מאַט. צובינד 3, 16 (2016).
כדאַקסעדזשאַל, ט. קעסיידערדיק וווּקס פון גראַפענע פילמס דורך כעמישער פארע דעפּאַזישאַן. אַפּלאַקיישאַן. פיזיק. רייט. 98 (13), 133106 (2011).