Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới hơn (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi đang hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc JavaScript.
Màng than chì có kích thước nano (NGF) là vật liệu nano mạnh mẽ có thể được tạo ra bằng cách lắng đọng hơi hóa học xúc tác, nhưng vẫn còn câu hỏi về tính dễ vận chuyển của chúng và hình thái bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến việc sử dụng chúng trong các thiết bị thế hệ tiếp theo. Ở đây chúng tôi báo cáo sự phát triển của NGF trên cả hai mặt của lá niken đa tinh thể (diện tích 55 cm2, độ dày khoảng 100 nm) và sự chuyển dịch không có polyme của nó (trước và sau, diện tích lên tới 6 cm2). Do hình thái của lá xúc tác, hai màng carbon khác nhau về tính chất vật lý và các đặc tính khác (chẳng hạn như độ nhám bề mặt). Chúng tôi chứng minh rằng NGF có mặt sau cứng hơn rất phù hợp để phát hiện NO2, trong khi NGF mịn hơn và dẫn điện nhiều hơn ở mặt trước (2000 S/cm, điện trở tấm – 50 ohms/m2) có thể là chất dẫn điện khả thi. kênh hoặc điện cực của pin mặt trời (vì nó truyền 62% ánh sáng khả kiến). Nhìn chung, các quá trình tăng trưởng và vận chuyển được mô tả có thể giúp hiện thực hóa NGF như một vật liệu carbon thay thế cho các ứng dụng công nghệ trong đó màng than chì dày và micron không phù hợp.
Than chì là một vật liệu công nghiệp được sử dụng rộng rãi. Đáng chú ý, than chì có đặc tính là mật độ khối lượng tương đối thấp, độ dẫn nhiệt và điện trong mặt phẳng cao, đồng thời rất ổn định trong môi trường nhiệt và hóa học khắc nghiệt1,2. Than chì dạng vảy là nguyên liệu ban đầu nổi tiếng cho nghiên cứu graphene3. Khi được xử lý thành màng mỏng, nó có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm tản nhiệt cho các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh4,5,6,7, làm vật liệu hoạt động trong cảm biến8,9,10 và để chống nhiễu điện từ11. 12 và màng dùng cho in thạch bản trong vùng cực tím13,14, các kênh dẫn điện trong pin mặt trời15,16. Đối với tất cả các ứng dụng này, sẽ là một lợi thế đáng kể nếu các vùng màng than chì (NGF) lớn có độ dày được kiểm soát ở cấp độ nano <100nm có thể dễ dàng được sản xuất và vận chuyển.
Màng than chì được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong một trường hợp, việc nhúng và mở rộng sau đó tẩy da chết được sử dụng để tạo ra các mảnh graphene10,11,17. Các mảnh này phải được xử lý thêm thành các màng có độ dày cần thiết và thường phải mất vài ngày để tạo ra các tấm than chì dày đặc. Một cách tiếp cận khác là bắt đầu với các tiền chất rắn có thể vẽ được. Trong công nghiệp, các tấm polyme được cacbon hóa (ở 1000–1500 °C) và sau đó được đồ họa hóa (ở 2800–3200 °C) để tạo thành các vật liệu phân lớp có cấu trúc tốt. Mặc dù chất lượng của những màng này cao nhưng mức tiêu thụ năng lượng rất đáng kể1,18,19 và độ dày tối thiểu được giới hạn ở vài micron1,18,19,20.
Lắng đọng hơi hóa học xúc tác (CVD) là phương pháp nổi tiếng để sản xuất màng graphene và than chì siêu mỏng (<10nm) với chất lượng cấu trúc cao và chi phí hợp lý21,22,23,24,25,26,27. Tuy nhiên, so với sự phát triển của màng graphene và than chì siêu mỏng28, sự tăng trưởng trên diện rộng và/hoặc ứng dụng NGF sử dụng CVD thậm chí còn ít được khám phá hơn11,13,29,30,31,32,33.
Màng graphene và than chì phát triển CVD thường cần được chuyển lên các chất nền chức năng34. Việc chuyển màng mỏng này bao gồm hai phương pháp chính35: (1) chuyển không ăn mòn36,37 và (2) chuyển hóa chất ướt dựa trên ăn mòn (chất nền được hỗ trợ)14,34,38. Mỗi phương pháp đều có một số ưu điểm và nhược điểm và phải được lựa chọn tùy thuộc vào ứng dụng dự định, như được mô tả ở nơi khác35,39. Đối với màng graphene/graphite phát triển trên nền xúc tác, việc chuyển hóa thông qua quá trình hóa học ướt (trong đó polymethyl methacrylate (PMMA) là lớp hỗ trợ được sử dụng phổ biến nhất) vẫn là lựa chọn hàng đầu13,30,34,38,40,41,42. Bạn và cộng sự. Người ta đã đề cập rằng không sử dụng polyme để chuyển NGF (cỡ mẫu khoảng 4 cm2)25,43, nhưng không có thông tin chi tiết nào được cung cấp về độ ổn định của mẫu và/hoặc xử lý trong quá trình chuyển; Các quy trình hóa học ướt sử dụng polyme bao gồm một số bước, bao gồm việc ứng dụng và loại bỏ lớp polyme hy sinh sau đó30,38,40,41,42. Quá trình này có nhược điểm: ví dụ, dư lượng polymer có thể thay đổi tính chất của màng đã phát triển38. Quá trình xử lý bổ sung có thể loại bỏ polyme dư, nhưng các bước bổ sung này làm tăng chi phí và thời gian sản xuất phim38,40. Trong quá trình tăng trưởng CVD, một lớp graphene được lắng đọng không chỉ ở mặt trước của lá xúc tác (mặt đối diện với dòng hơi nước) mà còn ở mặt sau của nó. Tuy nhiên, chất này được coi là chất thải và có thể được loại bỏ nhanh chóng bằng plasma mềm38,41. Tái chế màng này có thể giúp tối đa hóa năng suất, ngay cả khi nó có chất lượng thấp hơn màng carbon bề mặt.
Ở đây, chúng tôi báo cáo quá trình chuẩn bị cho sự tăng trưởng hai mặt của NGF ở quy mô wafer với chất lượng cấu trúc cao trên lá niken đa tinh thể bằng CVD. Người ta đã đánh giá độ nhám của mặt trước và mặt sau của lá kim loại ảnh hưởng như thế nào đến hình thái và cấu trúc của NGF. Chúng tôi cũng chứng minh việc chuyển NGF không chứa polymer, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường từ cả hai mặt của lá niken sang các chất nền đa chức năng và cho thấy màng trước và màng sau phù hợp như thế nào cho các ứng dụng khác nhau.
Các phần sau thảo luận về độ dày màng than chì khác nhau tùy thuộc vào số lượng lớp graphene xếp chồng lên nhau: (i) graphene một lớp (SLG, 1 lớp), (ii) graphene vài lớp (FLG, <10 lớp), (iii) graphene đa lớp ( MLG, 10-30 lớp) và (iv) NGF (~300 lớp). Loại thứ hai là độ dày phổ biến nhất được biểu thị bằng phần trăm diện tích (khoảng 97% diện tích trên 100 µm2)30. Đó là lý do tại sao toàn bộ bộ phim được gọi đơn giản là NGF.
Các lá niken đa tinh thể được sử dụng để tổng hợp màng graphene và than chì có kết cấu khác nhau do quá trình sản xuất và xử lý tiếp theo của chúng. Gần đây chúng tôi đã báo cáo một nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình tăng trưởng của NGF30. Chúng tôi cho thấy rằng các tham số của quy trình như thời gian ủ và áp suất buồng trong giai đoạn tăng trưởng đóng vai trò quan trọng trong việc thu được NGF có độ dày đồng đều. Ở đây, chúng tôi đã nghiên cứu sâu hơn về sự phát triển của NGF trên bề mặt mặt trước được đánh bóng (FS) và mặt sau chưa được đánh bóng (BS) của lá niken (Hình 1a). Ba loại mẫu FS và BS đã được kiểm tra, được liệt kê trong Bảng 1. Khi kiểm tra bằng mắt, có thể thấy sự phát triển đồng đều của NGF trên cả hai mặt của lá niken (NiAG) bằng sự thay đổi màu sắc của chất nền Ni số lượng lớn từ bạc kim loại đặc trưng. màu xám đến màu xám mờ (Hình 1a); các phép đo kính hiển vi đã được xác nhận (Hình 1b, c). Phổ Raman điển hình của FS-NGF được quan sát thấy ở vùng sáng và được biểu thị bằng các mũi tên màu đỏ, xanh lam và cam trong Hình 1b được hiển thị trong Hình 1c. Các đỉnh Raman đặc trưng của than chì G (1683 cm−1) và 2D (2696 cm−1) xác nhận sự phát triển của NGF có độ tinh thể cao (Hình 1c, Bảng SI1). Trong suốt bộ phim, phổ Raman chiếm ưu thế với tỷ lệ cường độ (I2D/IG) ~ 0,3 đã được quan sát, trong khi phổ Raman có I2D/IG = 0,8 hiếm khi được quan sát. Việc không có các đỉnh khiếm khuyết (D = 1350 cm-1) trong toàn bộ màng cho thấy chất lượng tăng trưởng NGF cao. Các kết quả Raman tương tự cũng thu được trên mẫu BS-NGF (Hình SI1 a và b, Bảng SI1).
So sánh NiAG FS- và BS-NGF: (a) Ảnh chụp mẫu NGF (NiAG) điển hình cho thấy sự tăng trưởng NGF ở quy mô wafer (55 cm2) và các mẫu lá BS- và FS-Ni thu được, (b) FS-NGF Hình ảnh/ Ni thu được bằng kính hiển vi quang học, (c) phổ Raman điển hình được ghi ở các vị trí khác nhau trong bảng b, (d, f) Ảnh SEM ở các độ phóng đại khác nhau trên FS-NGF/Ni, (e, g) Ảnh SEM ở các độ phóng đại khác nhau Đặt BS -NGF/Ni. Mũi tên màu xanh biểu thị vùng FLG, mũi tên màu cam biểu thị vùng MLG (gần vùng FLG), mũi tên màu đỏ biểu thị vùng NGF và mũi tên màu đỏ tươi biểu thị nếp gấp.
Do sự tăng trưởng phụ thuộc vào độ dày của chất nền ban đầu, kích thước tinh thể, hướng và ranh giới hạt nên việc đạt được sự kiểm soát hợp lý độ dày NGF trên diện tích lớn vẫn là một thách thức20,34,44. Nghiên cứu này sử dụng nội dung chúng tôi đã xuất bản trước đây30. Quá trình này tạo ra vùng sáng từ 0,1 đến 3% trên 100 µm230. Trong các phần sau, chúng tôi trình bày kết quả cho cả hai loại khu vực. Ảnh SEM độ phóng đại cao cho thấy sự hiện diện của một số vùng tương phản sáng ở cả hai bên (Hình 1f, g), cho thấy sự hiện diện của các vùng FLG và MLG30,45. Điều này cũng được xác nhận bằng kết quả tán xạ Raman (Hình 1c) và TEM (sẽ được thảo luận sau trong phần “FS-NGF: cấu trúc và tính chất”). Các vùng FLG và MLG được quan sát trên các mẫu FS- và BS-NGF/Ni (NGF trước và sau được trồng trên Ni) có thể đã phát triển trên các hạt Ni(111) lớn được hình thành trong quá trình ủ trước22,30,45. Quan sát thấy nếp gấp ở cả hai bên (Hình 1b, được đánh dấu bằng mũi tên màu tím). Những nếp gấp này thường được tìm thấy trong màng graphene và than chì phát triển CVD do sự khác biệt lớn về hệ số giãn nở nhiệt giữa than chì và chất nền niken30,38.
Hình ảnh AFM xác nhận mẫu FS-NGF phẳng hơn mẫu BS-NGF (Hình SI1) (Hình SI2). Giá trị độ nhám bình phương trung bình gốc (RMS) của FS-NGF/Ni (Hình SI2c) và BS-NGF/Ni (Hình SI2d) lần lượt là 82 và 200 nm (được đo trên diện tích 20 × 20μm2). Độ nhám cao hơn có thể được hiểu dựa trên phân tích bề mặt của lá niken (NiAR) ở trạng thái như đã nhận (Hình SI3). Ảnh SEM của FS và BS-NiAR được hiển thị trong Hình SI3a–d, thể hiện các hình thái bề mặt khác nhau: lá FS-Ni được đánh bóng có các hạt hình cầu có kích thước nano và micron, trong khi lá BS-Ni chưa được đánh bóng thể hiện một bậc thang sản xuất. như các hạt có độ bền cao. và suy giảm. Hình ảnh có độ phân giải thấp và cao của lá niken đã ủ (NiA) được hiển thị trong Hình SI3e–h. Trong những hình này, chúng ta có thể quan sát thấy sự hiện diện của một số hạt niken có kích thước micron trên cả hai mặt của lá niken (Hình SI3e–h). Các hạt lớn có thể có hướng bề mặt Ni(111), như đã báo cáo trước đây30,46. Có sự khác biệt đáng kể về hình thái lá niken giữa FS-NiA và BS-NiA. Độ nhám cao hơn của BS-NGF/Ni là do bề mặt của BS-NiAR chưa được đánh bóng, bề mặt của nó vẫn nhám đáng kể ngay cả sau khi ủ (Hình SI3). Kiểu mô tả đặc tính bề mặt này trước quá trình tăng trưởng cho phép kiểm soát độ nhám của màng graphene và than chì. Cần lưu ý rằng chất nền ban đầu trải qua quá trình tái tổ chức hạt trong quá trình phát triển graphene, điều này làm giảm nhẹ kích thước hạt và phần nào làm tăng độ nhám bề mặt của chất nền so với lá ủ và màng xúc tác22.
Tinh chỉnh độ nhám bề mặt chất nền, thời gian ủ (kích thước hạt)30,47 và kiểm soát giải phóng43 sẽ giúp giảm độ đồng đều độ dày NGF khu vực xuống thang đo µm2 và/hoặc thậm chí nm2 (nghĩa là độ dày thay đổi vài nanomet). Để kiểm soát độ nhám bề mặt của chất nền, có thể xem xét các phương pháp như đánh bóng điện phân lá niken thu được48. Sau đó, lá niken đã được xử lý trước có thể được ủ ở nhiệt độ thấp hơn (< 900 ° C) 46 và thời gian (< 5 phút) để tránh hình thành các hạt Ni(111) lớn (có lợi cho sự phát triển FLG).
SLG và FLG graphene không thể chịu được sức căng bề mặt của axit và nước, cần có các lớp hỗ trợ cơ học trong quá trình chuyển hóa chất ướt22,34,38. Ngược lại với quá trình chuyển hóa chất ướt của graphene38 một lớp được hỗ trợ bằng polymer, chúng tôi thấy rằng cả hai mặt của NGF đang phát triển có thể được chuyển mà không cần hỗ trợ bằng polymer, như trong Hình 2a (xem Hình SI4a để biết thêm chi tiết). Việc chuyển NGF sang một chất nền nhất định bắt đầu bằng việc khắc ướt lớp màng Ni30.49 bên dưới. Các mẫu NGF/Ni/NGF đã trưởng thành được đặt qua đêm trong 15 mL HNO3 70% pha loãng với 600 mL nước khử ion (DI). Sau khi lá Ni hòa tan hoàn toàn, FS-NGF vẫn phẳng và nổi trên bề mặt chất lỏng, giống như mẫu NGF/Ni/NGF, trong khi BS-NGF được ngâm trong nước (Hình 2a, b). Sau đó, NGF cô lập được chuyển từ một cốc chứa nước khử ion mới sang cốc khác và NGF cô lập được rửa kỹ, lặp lại bốn đến sáu lần qua đĩa thủy tinh lõm. Cuối cùng, FS-NGF và BS-NGF được đặt trên đế mong muốn (Hình 2c).
Quy trình chuyển hóa chất ướt không chứa polymer cho NGF phát triển trên lá niken: (a) Sơ đồ quy trình (xem Hình SI4 để biết thêm chi tiết), (b) Ảnh kỹ thuật số về NGF được tách sau khi ăn mòn Ni (2 mẫu), (c) Ví dụ FS – và BS-NGF chuyển sang đế SiO2/Si, (d) FS-NGF chuyển sang đế polymer mờ đục, (e) BS-NGF từ cùng mẫu với bảng d (chia thành hai phần), chuyển sang giấy C mạ vàng và Nafion (chất nền trong suốt linh hoạt, các cạnh được đánh dấu bằng các góc màu đỏ).
Lưu ý rằng quá trình chuyển SLG được thực hiện bằng phương pháp chuyển hóa chất ướt đòi hỏi tổng thời gian xử lý là 20–24 giờ 38 . Với kỹ thuật chuyển không có polyme được trình bày ở đây (Hình SI4a), tổng thời gian xử lý chuyển NGF giảm đáng kể (khoảng 15 giờ). Quy trình bao gồm: (Bước 1) Chuẩn bị dung dịch ăn mòn và đặt mẫu vào đó (~10 phút), sau đó đợi qua đêm để khắc Ni (~7200 phút), (Bước 2) Rửa sạch bằng nước khử ion (Bước – 3) . bảo quản trong nước khử ion hoặc chuyển sang chất nền mục tiêu (20 phút). Nước bị giữ lại giữa NGF và nền khối được loại bỏ bằng hoạt động mao dẫn (sử dụng giấy thấm)38, sau đó các giọt nước còn lại được loại bỏ bằng cách làm khô tự nhiên (khoảng 30 phút) và cuối cùng mẫu được sấy khô trong 10 phút. phút trong lò chân không (10–1 mbar) ở 50–90 °C (60 phút) 38.
Than chì được biết là có khả năng chịu được sự hiện diện của nước và không khí ở nhiệt độ khá cao (> 200 °C)50,51,52. Chúng tôi đã kiểm tra các mẫu bằng phương pháp quang phổ Raman, SEM và XRD sau khi bảo quản trong nước khử ion ở nhiệt độ phòng và trong chai kín từ vài ngày đến một năm (Hình SI4). Không có sự xuống cấp đáng chú ý. Hình 2c cho thấy FS-NGF và BS-NGF đứng tự do trong nước khử ion. Chúng tôi đã thu được chúng trên đế SiO2 (300nm)/Si, như được hiển thị ở đầu Hình 2c. Ngoài ra, như trong Hình 2d, e, NGF liên tục có thể được chuyển sang nhiều chất nền khác nhau như polyme (Thermabright polyamide từ Nexolve và Nafion) và giấy carbon phủ vàng. FS-NGF nổi có thể dễ dàng được đặt trên đế đích (Hình 2c, d). Tuy nhiên, các mẫu BS-NGF có kích thước lớn hơn 3 cm2 rất khó xử lý khi ngâm hoàn toàn trong nước. Thông thường, khi chúng bắt đầu lăn trong nước, do xử lý bất cẩn, đôi khi chúng bị gãy thành hai hoặc ba phần (Hình 2e). Nhìn chung, chúng tôi có thể đạt được quá trình truyền PS- và BS-NGF không có polymer (truyền liền mạch liên tục mà không tăng trưởng NGF/Ni/NGF ở mức 6 cm2) cho các mẫu có diện tích lên tới 6 và 3 cm2, tương ứng. Bất kỳ mảnh lớn hoặc nhỏ nào còn lại đều có thể (dễ dàng nhìn thấy trong dung dịch ăn mòn hoặc nước khử ion) trên bề mặt mong muốn (~1 mm2, Hình SI4b, xem mẫu được chuyển sang lưới đồng như trong “FS-NGF: Cấu trúc và Tính chất (đã thảo luận) trong phần “Cấu trúc và Thuộc tính”) hoặc lưu trữ để sử dụng trong tương lai (Hình SI4). Dựa trên tiêu chí này, chúng tôi ước tính rằng NGF có thể được thu hồi với hiệu suất lên tới 98-99% (sau khi tăng trưởng để chuyển giao).
Các mẫu chuyển không có polymer được phân tích chi tiết. Các đặc điểm hình thái bề mặt thu được trên FS- và BS-NGF/SiO2/Si (Hình 2c) sử dụng kính hiển vi quang học (OM) và ảnh SEM (Hình SI5 và Hình 3) cho thấy các mẫu này được truyền mà không cần kính hiển vi. Hư hỏng cấu trúc có thể nhìn thấy như vết nứt, lỗ hoặc các khu vực không được kiểm soát. Các nếp gấp trên NGF đang phát triển (Hình 3b, d, được đánh dấu bằng mũi tên màu tím) vẫn còn nguyên sau khi chuyển. Cả FS- và BS-NGF đều bao gồm các vùng FLG (vùng sáng được biểu thị bằng mũi tên màu xanh trong Hình 3). Điều đáng ngạc nhiên là, trái ngược với một số vùng bị hư hỏng thường thấy trong quá trình chuyển polymer của màng than chì siêu mỏng, một số vùng FLG và MLG có kích thước micron kết nối với NGF (được đánh dấu bằng mũi tên màu xanh trong Hình 3d) đã được chuyển mà không bị nứt hoặc vỡ (Hình 3d) . 3). . Tính toàn vẹn cơ học đã được xác nhận thêm bằng cách sử dụng hình ảnh TEM và SEM của NGF được chuyển vào lưới đồng ren-cacbon, như sẽ thảo luận sau (“FS-NGF: Cấu trúc và Tính chất”). BS-NGF/SiO2/Si được truyền thô hơn FS-NGF/SiO2/Si với giá trị rms lần lượt là 140 nm và 17 nm, như trong Hình SI6a và b (20 × 20 μm2). Giá trị RMS của NGF được truyền lên đế SiO2/Si (RMS < 2 nm) thấp hơn đáng kể (khoảng 3 lần) so với giá trị NGF được trồng trên Ni (Hình SI2), cho thấy độ nhám bổ sung có thể tương ứng với bề mặt Ni. Ngoài ra, hình ảnh AFM được thực hiện trên các cạnh của mẫu FS- và BS-NGF/SiO2/Si cho thấy độ dày NGF lần lượt là 100 và 80 nm (Hình SI7). Độ dày nhỏ hơn của BS-NGF có thể là do bề mặt không tiếp xúc trực tiếp với khí tiền chất.
NGF được chuyển (NiAG) không có polymer trên wafer SiO2/Si (xem Hình 2c): (a, b) Ảnh SEM của FS-NGF được chuyển: độ phóng đại thấp và cao (tương ứng với hình vuông màu cam trong bảng điều khiển). Diện tích điển hình) – a). ( c, d ) Ảnh SEM của BS-NGF được truyền: độ phóng đại thấp và cao (tương ứng với vùng điển hình được hiển thị bằng hình vuông màu cam trong bảng c). (e, f) Hình ảnh AFM của FS- và BS-NGF được chuyển giao. Mũi tên màu xanh tượng trưng cho vùng FLG - độ tương phản sáng, mũi tên màu lục lam - độ tương phản MLG đen, mũi tên đỏ - độ tương phản màu đen tượng trưng cho vùng NGF, mũi tên màu đỏ tươi tượng trưng cho nếp gấp.
Thành phần hóa học của FS- và BS-NGF được trồng và chuyển giao được phân tích bằng phương pháp quang phổ quang điện tử tia X (XPS) (Hình 4). Một đỉnh yếu đã được quan sát thấy trong quang phổ đo được (Hình 4a, b), tương ứng với chất nền Ni (850 eV) của FS- và BS-NGF (NiAG) đã phát triển. Không có đỉnh nào trong phổ đo được của FS- và BS-NGF/SiO2/Si được truyền (Hình 4c; kết quả tương tự đối với BS-NGF/SiO2/Si không được hiển thị), cho thấy rằng không có ô nhiễm Ni dư sau khi chuyển . Hình 4d–f cho thấy quang phổ có độ phân giải cao của các mức năng lượng C 1 s, O 1 s và Si 2p của FS-NGF/SiO2/Si. Năng lượng liên kết của C 1 s của than chì là 284,4 eV53,54. Hình dạng tuyến tính của các đỉnh than chì thường được coi là không đối xứng, như trong Hình 4d54. Phổ C 1 s ở cấp độ lõi có độ phân giải cao (Hình 4d) cũng xác nhận sự truyền thuần túy (nghĩa là không có dư lượng polymer), phù hợp với các nghiên cứu trước đây38. Độ rộng phổ của phổ C 1 s của mẫu mới trồng (NiAG) và sau khi chuyển lần lượt là 0, 55 và 0, 62 eV. Các giá trị này cao hơn giá trị của SLG (0,49 eV đối với SLG trên đế SiO2)38. Tuy nhiên, các giá trị này nhỏ hơn so với độ rộng đường truyền được báo cáo trước đây đối với các mẫu graphene nhiệt phân có định hướng cao (~0,75 eV)53,54,55, cho thấy không có các vị trí carbon bị lỗi trong vật liệu hiện tại. Quang phổ mặt đất của C 1 s và O 1 s cũng không có vai, loại bỏ nhu cầu giải mã đỉnh có độ phân giải cao54. Có một đỉnh vệ tinh π → π* ở khoảng 291,1 eV, thường thấy ở các mẫu than chì. Tín hiệu 103 eV và 532,5 eV trong phổ mức lõi Si 2p và O 1 s (xem Hình 4e, f) được quy cho chất nền SiO2 56 tương ứng. XPS là một kỹ thuật nhạy cảm bề mặt, do đó, các tín hiệu tương ứng với Ni và SiO2 được phát hiện trước và sau khi truyền NGF tương ứng được cho là có nguồn gốc từ vùng FLG. Kết quả tương tự cũng được quan sát đối với các mẫu BS-NGF được chuyển (không hiển thị).
Kết quả NiAG XPS: (ac) Khảo sát phổ của các thành phần nguyên tử nguyên tố khác nhau của FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni đã phát triển và FS-NGF/SiO2/Si được chuyển tương ứng. (d–f) Phổ có độ phân giải cao của các mức lõi C 1 s, O 1s và Si 2p của mẫu FS-NGF/SiO2/Si.
Chất lượng tổng thể của tinh thể NGF được chuyển giao được đánh giá bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD). Các mẫu XRD điển hình (Hình SI8) của FS- và BS-NGF/SiO2/Si được truyền cho thấy sự hiện diện của các đỉnh nhiễu xạ (0 0 0 2) và (0 0 0 4) ở 26,6° và 54,7°, tương tự như than chì. . Điều này khẳng định chất lượng tinh thể cao của NGF và tương ứng với khoảng cách giữa các lớp d = 0,335 nm, được duy trì sau bước chuyển. Cường độ của đỉnh nhiễu xạ (0 0 0 2) xấp xỉ 30 lần cường độ của đỉnh nhiễu xạ (0 0 0 4), cho thấy mặt phẳng tinh thể NGF được căn chỉnh tốt với bề mặt mẫu.
Theo kết quả quét SEM, phổ Raman, XPS và XRD, chất lượng của BS-NGF/Ni cho thấy chất lượng tương đương với FS-NGF/Ni, mặc dù độ nhám rms của nó cao hơn một chút (Hình SI2, SI5) và SI7).
SLG có lớp hỗ trợ polymer dày tới 200 nm có thể nổi trên mặt nước. Thiết lập này thường được sử dụng trong các quy trình chuyển hóa chất ướt có sự hỗ trợ của polymer22,38. Graphen và than chì là kỵ nước (góc ướt 80–90°) 57 . Các bề mặt thế năng của cả graphene và FLG đã được báo cáo là khá phẳng, với thế năng thấp (~1 kJ/mol) cho chuyển động ngang của nước trên bề mặt58. Tuy nhiên, năng lượng tương tác được tính toán của nước với graphene và ba lớp graphene lần lượt là khoảng −13 và −15 kJ/mol,58, cho thấy rằng tương tác của nước với NGF (khoảng 300 lớp) thấp hơn so với graphene. Đây có thể là một trong những lý do tại sao NGF đứng tự do vẫn phẳng trên bề mặt nước, trong khi graphene đứng tự do (nổi trong nước) cuộn tròn và vỡ ra. Khi NGF được ngâm hoàn toàn trong nước (kết quả giống nhau đối với NGF thô và phẳng), các cạnh của nó bị uốn cong (Hình SI4). Trong trường hợp ngâm hoàn toàn, người ta hy vọng rằng năng lượng tương tác NGF-nước gần như tăng gấp đôi (so với NGF nổi) và các cạnh của NGF gập lại để duy trì góc tiếp xúc cao (tính kỵ nước). Chúng tôi tin rằng các chiến lược có thể được phát triển để tránh làm cong các cạnh của NGF được nhúng. Một cách tiếp cận là sử dụng dung môi hỗn hợp để điều chỉnh phản ứng làm ướt của màng than chì59.
Việc chuyển SLG sang các loại chất nền khác nhau thông qua quá trình chuyển hóa chất ướt đã được báo cáo trước đây. Nhìn chung, người ta chấp nhận rằng lực van der Waals yếu tồn tại giữa các màng graphene/graphite và các chất nền (có thể là các chất nền cứng như SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, cột Si22 và các màng carbon ren30, 34 hoặc các chất nền dẻo chẳng hạn như polyimide 37). Ở đây chúng tôi giả định rằng các tương tác cùng loại chiếm ưu thế. Chúng tôi không quan sát thấy bất kỳ hư hỏng hoặc bong tróc nào của NGF đối với bất kỳ chất nền nào được trình bày ở đây trong quá trình xử lý cơ học (trong quá trình mô tả đặc tính trong điều kiện chân không và/hoặc khí quyển hoặc trong quá trình bảo quản) (ví dụ: Hình 2, SI7 và SI9). Ngoài ra, chúng tôi không quan sát thấy đỉnh SiC trong phổ XPS C 1 s ở cấp độ lõi của mẫu NGF/SiO2/Si (Hình 4). Những kết quả này chỉ ra rằng không có liên kết hóa học giữa NGF và chất nền mục tiêu.
Trong phần trước, “Chuyển FS- và BS-NGF không có polyme”, chúng tôi đã chứng minh rằng NGF có thể phát triển và chuyển giao trên cả hai mặt của lá niken. Các FS-NGF và BS-NGF này không giống nhau về độ nhám bề mặt, điều này thôi thúc chúng tôi khám phá các ứng dụng phù hợp nhất cho từng loại.
Xem xét độ trong suốt và bề mặt mịn hơn của FS-NGF, chúng tôi đã nghiên cứu cấu trúc cục bộ, tính chất quang và điện của nó chi tiết hơn. Cấu trúc và cấu trúc của FS-NGF không có sự chuyển polyme được đặc trưng bằng hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phân tích mẫu nhiễu xạ điện tử vùng chọn lọc (SAED). Các kết quả tương ứng được hiển thị trong Hình 5. Ảnh TEM phẳng có độ phóng đại thấp cho thấy sự hiện diện của các vùng NGF và FLG với các đặc điểm tương phản điện tử khác nhau, tức là các vùng tối hơn và sáng hơn, tương ứng (Hình 5a). Nhìn chung, màng thể hiện tính toàn vẹn và ổn định cơ học tốt giữa các vùng khác nhau của NGF và FLG, có độ chồng chéo tốt và không bị hư hại hoặc rách, điều này cũng đã được xác nhận bởi SEM (Hình 3) và các nghiên cứu TEM độ phóng đại cao (Hình 5c-e). Đặc biệt, trong Hình 5d cho thấy cấu trúc cầu ở phần lớn nhất của nó (vị trí được đánh dấu bằng mũi tên chấm đen trong Hình 5d), được đặc trưng bởi hình tam giác và bao gồm một lớp graphene có chiều rộng khoảng 51 . Chế phẩm có khoảng cách giữa các hành tinh 0,33 ± 0,01nm tiếp tục được giảm xuống thành một số lớp graphene ở vùng hẹp nhất (phần cuối của mũi tên đen đặc trong Hình 5 d).
Ảnh TEM phẳng của mẫu NiAG không có polymer trên lưới đồng ren carbon: (a, b) Ảnh TEM có độ phóng đại thấp bao gồm các vùng NGF và FLG, (ce) Hình ảnh có độ phóng đại cao của các vùng khác nhau trong bảng-a và bảng-b là mũi tên được đánh dấu cùng màu. Mũi tên màu xanh lục trong bảng a và c biểu thị các vùng hình tròn bị hư hỏng trong quá trình căn chỉnh chùm tia. (f–i) Trong các bảng từ a đến c, các mẫu SAED ở các vùng khác nhau lần lượt được biểu thị bằng các vòng tròn màu xanh lam, lục lam, cam và đỏ.
Cấu trúc dải băng trong Hình 5c cho thấy (được đánh dấu bằng mũi tên màu đỏ) hướng thẳng đứng của các mặt phẳng mạng than chì, có thể là do sự hình thành các nếp gấp nano dọc theo màng (hình trong Hình 5c) do ứng suất cắt không bù vượt quá30,61,62 . Dưới TEM độ phân giải cao, các nếp gấp nano 30 này thể hiện hướng tinh thể khác với phần còn lại của vùng NGF; các mặt phẳng cơ bản của mạng than chì được định hướng gần như theo chiều dọc, thay vì theo chiều ngang như phần còn lại của màng (hình trong Hình 5c). Tương tự, vùng FLG đôi khi biểu hiện các nếp gấp giống như dải hẹp và tuyến tính (được đánh dấu bằng mũi tên màu xanh), xuất hiện ở độ phóng đại thấp và trung bình trong Hình 5b, 5e, tương ứng. Hình nhỏ trong Hình 5e xác nhận sự hiện diện của các lớp graphene hai và ba lớp trong khu vực FLG (khoảng cách giữa các hành tinh 0,33 ± 0,01nm), phù hợp tốt với các kết quả trước đó của chúng tôi30. Ngoài ra, hình ảnh SEM được ghi lại của NGF không chứa polymer được chuyển vào lưới đồng có màng carbon ren (sau khi thực hiện các phép đo TEM nhìn từ trên xuống) được hiển thị trong Hình SI9. Vùng FLG lơ lửng tốt (được đánh dấu bằng mũi tên màu xanh) và vùng bị hỏng trong Hình SI9f. Mũi tên màu xanh lam (ở rìa của NGF được chuyển giao) được trình bày có chủ ý để chứng minh rằng vùng FLG có thể chống lại quá trình chuyển giao mà không cần polymer. Tóm lại, những hình ảnh này xác nhận rằng NGF lơ lửng một phần (bao gồm vùng FLG) duy trì tính toàn vẹn cơ học ngay cả sau khi xử lý nghiêm ngặt và tiếp xúc với chân không cao trong quá trình đo TEM và SEM (Hình SI9).
Do độ phẳng tuyệt vời của NGF (xem Hình 5a), không khó để định hướng các vảy dọc theo trục miền [0001] để phân tích cấu trúc SAED. Tùy thuộc vào độ dày cục bộ của màng và vị trí của nó, một số vùng quan tâm (12 điểm) đã được xác định cho các nghiên cứu nhiễu xạ điện tử. Trong Hình 5a-c, bốn vùng điển hình này được hiển thị và đánh dấu bằng các vòng tròn màu (mã hóa màu xanh lam, lục lam, cam và đỏ). Hình 2 và 3 cho chế độ SAED. Hình 5f và g được lấy từ vùng FLG được hiển thị trong Hình 5 và 5. Như được hiển thị trong Hình 5b và c tương ứng. Chúng có cấu trúc lục giác tương tự như graphene xoắn63. Đặc biệt, Hình 5f cho thấy ba mẫu xếp chồng có cùng hướng của trục vùng [0001], được quay một góc 10° và 20°, được chứng minh bằng sự không khớp góc của ba cặp phản xạ (10-10). Tương tự, Hình 5g cho thấy hai mẫu hình lục giác xếp chồng lên nhau được quay 20°. Hai hoặc ba nhóm mẫu hình lục giác trong vùng FLG có thể phát sinh từ ba lớp graphene trong mặt phẳng hoặc ngoài mặt phẳng 33 được quay tương đối với nhau. Ngược lại, các mẫu nhiễu xạ electron trong Hình 5h,i (tương ứng với vùng NGF được hiển thị trong Hình 5a) hiển thị một mẫu [0001] duy nhất có cường độ nhiễu xạ điểm tổng thể cao hơn, tương ứng với độ dày vật liệu lớn hơn. Các mô hình SAED này tương ứng với cấu trúc than chì dày hơn và định hướng trung gian hơn FLG, như được suy ra từ chỉ số 64. Đặc tính của các đặc tính tinh thể của NGF cho thấy sự cùng tồn tại của hai hoặc ba tinh thể than chì (hoặc graphene) xếp chồng lên nhau. Điều đặc biệt đáng chú ý ở vùng FLG là các tinh thể có mức độ lệch hướng nhất định trong mặt phẳng hoặc ngoài mặt phẳng. Các hạt/lớp than chì có góc quay trong mặt phẳng 17°, 22° và 25° trước đây đã được báo cáo về NGF phát triển trên màng Ni 64. Các giá trị góc quay quan sát được trong nghiên cứu này phù hợp với các góc quay quan sát được trước đây (±1°) đối với graphene BLG63 xoắn.
Đặc tính điện của NGF/SiO2/Si được đo ở 300 K trên diện tích 10×3 mm2. Các giá trị về nồng độ chất mang điện tử, độ linh động và độ dẫn điện lần lượt là 1,6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 và 2000 S-cm-1. Các giá trị độ linh động và độ dẫn điện của NGF của chúng tôi tương tự như than chì tự nhiên2 và cao hơn than chì nhiệt phân định hướng cao có sẵn trên thị trường (được sản xuất ở 3000 ° C)29. Các giá trị nồng độ chất mang điện tử quan sát được cao hơn hai bậc so với giá trị được báo cáo gần đây (7,25 × 10 cm-3) đối với màng than chì dày micron được điều chế bằng tấm polyimide nhiệt độ cao (3200 ° C) 20 .
Chúng tôi cũng thực hiện các phép đo độ truyền qua tia UV nhìn thấy được trên FS-NGF được chuyển sang chất nền thạch anh (Hình 6). Phổ thu được cho thấy độ truyền qua gần như không đổi là 62% trong phạm vi 350–800nm, cho thấy NGF mờ đối với ánh sáng khả kiến. Trên thực tế, cái tên “KAUST” có thể được nhìn thấy trong bức ảnh kỹ thuật số của mẫu ở Hình 6b. Mặc dù cấu trúc tinh thể nano của NGF khác với cấu trúc của SLG, số lượng lớp có thể được ước tính gần đúng bằng cách sử dụng quy tắc tổn thất truyền tải 2,3% trên mỗi lớp bổ sung65. Theo mối quan hệ này, số lớp graphene có tổn thất truyền 38% là 21. NGF phát triển chủ yếu bao gồm 300 lớp graphene, tức là dày khoảng 100 nm (Hình 1, SI5 và SI7). Do đó, chúng tôi giả định rằng độ trong suốt quang học quan sát được tương ứng với các vùng FLG và MLG, vì chúng được phân bổ trên toàn bộ phim (Hình 1, 3, 5 và 6c). Ngoài dữ liệu cấu trúc trên, độ dẫn điện và độ trong suốt cũng khẳng định chất lượng tinh thể cao của NGF được chuyển giao.
(a) Đo độ truyền qua tia UV, (b) chuyển NGF điển hình trên thạch anh bằng mẫu đại diện. (c) Sơ đồ NGF (hộp tối) với các vùng FLG và MLG phân bố đều được đánh dấu là các hình dạng ngẫu nhiên màu xám trong toàn bộ mẫu (xem Hình 1) (khoảng 0,1–3% diện tích trên 100 μm2). Các hình dạng ngẫu nhiên và kích thước của chúng trong sơ đồ chỉ nhằm mục đích minh họa và không tương ứng với diện tích thực tế.
NGF mờ do CVD phát triển trước đây đã được chuyển sang các bề mặt silicon trần và được sử dụng trong pin mặt trời15,16. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) thu được là 1,5%. Các NGF này thực hiện nhiều chức năng như lớp hợp chất hoạt động, đường vận chuyển điện tích và điện cực trong suốt15,16. Tuy nhiên, màng than chì không đồng nhất. Cần tối ưu hóa hơn nữa bằng cách kiểm soát cẩn thận điện trở tấm và độ truyền quang của điện cực than chì, vì hai đặc tính này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định giá trị PCE của pin mặt trời15,16. Thông thường, màng graphene trong suốt 97,7% đối với ánh sáng khả kiến nhưng có điện trở tấm là 200–3000 ohms/sq.16. Điện trở bề mặt của màng graphene có thể giảm bằng cách tăng số lớp (chuyển nhiều lớp graphene) và pha tạp HNO3 (~30 Ohm/sq.)66. Tuy nhiên, quá trình này mất nhiều thời gian và các lớp chuyển khác nhau không phải lúc nào cũng duy trì được sự tiếp xúc tốt. Mặt trước NGF của chúng tôi có các đặc tính như độ dẫn điện 2000 S/cm, điện trở tấm màng 50 ohm/sq. và độ trong suốt 62%, khiến nó trở thành một giải pháp thay thế khả thi cho các kênh dẫn điện hoặc điện cực phản trong pin mặt trời15,16.
Mặc dù cấu trúc và tính chất hóa học bề mặt của BS-NGF tương tự như FS-NGF, nhưng độ nhám của nó lại khác (“Sự phát triển của FS- và BS-NGF”). Trước đây, chúng tôi sử dụng than chì22 màng siêu mỏng làm cảm biến khí. Do đó, chúng tôi đã kiểm tra tính khả thi của việc sử dụng BS-NGF cho các nhiệm vụ cảm biến khí (Hình SI10). Đầu tiên, các phần BS-NGF có kích thước mm2 được chuyển vào chip cảm biến điện cực đan xen (Hình SI10a-c). Chi tiết sản xuất chip đã được báo cáo trước đó; vùng nhạy cảm hoạt động của nó là 9 mm267. Trong ảnh SEM (Hình SI10b và c), điện cực vàng bên dưới có thể nhìn thấy rõ qua NGF. Một lần nữa, có thể thấy rằng độ bao phủ chip đồng nhất đã đạt được cho tất cả các mẫu. Các phép đo cảm biến khí của các loại khí khác nhau đã được ghi lại (Hình SI10d) (Hình SI11) và tốc độ phản hồi thu được được thể hiện trong Hình. SI10g. Có khả năng xảy ra với các khí gây nhiễu khác bao gồm SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) và NH3 (200 ppm ). Một nguyên nhân có thể là NO2. bản chất ái điện của khí22,68. Khi được hấp phụ trên bề mặt graphene, nó làm giảm sự hấp thụ dòng điện của hệ thống. So sánh dữ liệu thời gian phản hồi của cảm biến BS-NGF với các cảm biến đã được công bố trước đó được trình bày trong Bảng SI2. Cơ chế kích hoạt lại cảm biến NGF bằng cách sử dụng plasma UV, plasma O3 hoặc xử lý nhiệt (50–150°C) đối với các mẫu bị phơi nhiễm đang được tiến hành, lý tưởng nhất là triển khai các hệ thống nhúng69.
Trong quá trình CVD, sự tăng trưởng graphene xảy ra ở cả hai mặt của chất xúc tác41. Tuy nhiên, BS-graphene thường bị đẩy ra trong quá trình chuyển giao41. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chứng minh rằng có thể đạt được sự tăng trưởng NGF chất lượng cao và chuyển giao NGF không có polymer ở cả hai phía của chất hỗ trợ xúc tác. BS-NGF mỏng hơn (~ 80nm) so với FS-NGF (~ 100 nm) và sự khác biệt này được giải thích là do BS-Ni không tiếp xúc trực tiếp với dòng khí tiền chất. Chúng tôi cũng nhận thấy rằng độ nhám của chất nền NiAR ảnh hưởng đến độ nhám của NGF. Những kết quả này chỉ ra rằng FS-NGF phẳng đã phát triển có thể được sử dụng làm vật liệu tiền thân cho graphene (bằng phương pháp tẩy da chết70) hoặc làm kênh dẫn điện trong pin mặt trời15,16. Ngược lại, BS-NGF sẽ được sử dụng để phát hiện khí (Hình SI9) và có thể cho các hệ thống lưu trữ năng lượng71,72 trong đó độ nhám bề mặt của nó sẽ hữu ích.
Xem xét những điều trên, sẽ rất hữu ích khi kết hợp công việc hiện tại với các màng than chì đã được công bố trước đây do CVD phát triển và sử dụng lá niken. Như có thể thấy trong Bảng 2, áp suất cao hơn mà chúng tôi sử dụng đã rút ngắn thời gian phản ứng (giai đoạn tăng trưởng) ngay cả ở nhiệt độ tương đối thấp (trong khoảng 850–1300 °C). Chúng tôi cũng đạt được mức tăng trưởng cao hơn bình thường, cho thấy tiềm năng mở rộng. Có những yếu tố khác cần xem xét, một số yếu tố chúng tôi đã đưa vào bảng.
NGF chất lượng cao hai mặt được trồng trên lá niken bằng CVD xúc tác. Bằng cách loại bỏ các chất nền polymer truyền thống (chẳng hạn như các chất nền được sử dụng trong graphene CVD), chúng tôi đạt được sự chuyển giao ướt sạch và không có khuyết tật của NGF (được trồng ở mặt sau và mặt trước của lá niken) sang nhiều chất nền quan trọng trong quá trình. Đáng chú ý, NGF bao gồm các vùng FLG và MLG (thường là 0,1% đến 3% trên 100 µm2) được tích hợp tốt về mặt cấu trúc vào màng dày hơn. Planar TEM cho thấy những vùng này bao gồm các chồng từ hai đến ba hạt than chì/graphene (tinh thể hoặc lớp tương ứng), một số trong chúng có góc quay không khớp 10–20°. Vùng FLG và MLG chịu trách nhiệm về độ trong suốt của FS-NGF đối với ánh sáng khả kiến. Đối với các tấm phía sau, chúng có thể được đặt song song với các tấm phía trước và như được hiển thị, có thể có mục đích chức năng (ví dụ: để phát hiện khí). Những nghiên cứu này rất hữu ích để giảm chất thải và chi phí trong quy trình CVD quy mô công nghiệp.
Nhìn chung, độ dày trung bình của CVD NGF nằm giữa các tấm than chì (thấp và nhiều lớp) và than chì công nghiệp (micromet). Phạm vi đặc tính thú vị của chúng, kết hợp với phương pháp đơn giản mà chúng tôi đã phát triển để sản xuất và vận chuyển, khiến những màng này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu phản ứng chức năng của than chì mà không gây tốn kém cho các quy trình sản xuất công nghiệp tiêu tốn nhiều năng lượng hiện đang được sử dụng.
Một lá niken dày 25 μm (độ tinh khiết 99,5%, Goodfellow) đã được lắp đặt trong lò phản ứng CVD thương mại (Aixtron 4 inch BMPro). Hệ thống được làm sạch bằng argon và chân không đến áp suất cơ bản 10-3 mbar. Sau đó lá niken được đặt. trong Ar/H2 (Sau khi ủ trước lá Ni trong 5 phút, lá này được tiếp xúc với áp suất 500 mbar ở 900 ° C. NGF được lắng đọng trong dòng CH4/H2 (mỗi loại 100 cm3) trong 5 phút. Sau đó, mẫu được làm lạnh đến nhiệt độ dưới 700°C bằng dòng Ar (4000 cm3) ở tốc độ 40°C/phút. Chi tiết về tối ưu hóa quá trình tăng trưởng NGF được mô tả ở nơi khác30.
Hình thái bề mặt của mẫu được SEM hiển thị bằng kính hiển vi Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA). Độ nhám bề mặt mẫu và độ dày NGF được đo bằng AFM (Biểu tượng kích thước SPM, Bruker). Các phép đo TEM và SAED được thực hiện bằng kính hiển vi FEI Titan 80–300 Cubed được trang bị súng phát xạ trường có độ sáng cao (300 kV), bộ đơn sắc loại FEI Wien và bộ hiệu chỉnh quang sai hình cầu của thấu kính CEOS để thu được kết quả cuối cùng. độ phân giải không gian 0,09 nm. Các mẫu NGF được chuyển sang lưới đồng phủ ren carbon để chụp ảnh TEM phẳng và phân tích cấu trúc SAED. Vì vậy, hầu hết các bông cặn mẫu đều lơ lửng trong các lỗ của màng đỡ. Các mẫu NGF được chuyển được phân tích bằng XRD. Mẫu nhiễu xạ tia X thu được bằng máy đo nhiễu xạ bột (Brucker, bộ dịch pha D2 với nguồn Cu Kα, máy dò 1,5418 Å và LYNXEYE) sử dụng nguồn bức xạ Cu có đường kính vệt tia 3 mm.
Một số phép đo điểm Raman đã được ghi lại bằng kính hiển vi đồng tiêu tích hợp (Alpha 300 RA, WITeC). Một tia laser có bước sóng 532 nm có công suất kích thích thấp (25%) đã được sử dụng để tránh các hiệu ứng cảm ứng nhiệt. Quang phổ quang điện tử tia X (XPS) được thực hiện trên máy quang phổ Kratos Axis Ultra trên diện tích mẫu 300 × 700 μm2 sử dụng bức xạ Al Kα đơn sắc (hν = 1486,6 eV) ở công suất 150 W. Phổ phân giải thu được ở năng lượng truyền tương ứng là 160 eV và 20 eV. Các mẫu NGF được chuyển vào SiO2 được cắt thành từng mảnh (mỗi mảnh 3 × 10 mm2) bằng laser sợi ytterbium PLS6MW (1,06 μm) ở 30 W. Các điểm tiếp xúc của dây đồng (dày 50 μm) được chế tạo bằng cách sử dụng keo bạc dưới kính hiển vi quang học. Các thí nghiệm vận chuyển điện và hiệu ứng Hall đã được thực hiện trên các mẫu này ở nhiệt độ 300 K và biến thiên từ trường ± 9 Tesla trong hệ thống đo lường tính chất vật lý (PPMS EverCool-II, Thiết kế lượng tử, Hoa Kỳ). Phổ UV-vis truyền qua được ghi lại bằng máy quang phổ UV-vis Lambda 950 trong phạm vi NGF 350–800 nm được chuyển sang chất nền thạch anh và mẫu tham chiếu thạch anh.
Cảm biến kháng hóa chất (chip điện cực được mã hóa) được nối vào bảng mạch in tùy chỉnh 73 và điện trở được loại bỏ tạm thời. Bảng mạch in nơi đặt thiết bị được kết nối với các đầu tiếp xúc và được đặt bên trong buồng cảm biến khí 74. Các phép đo điện trở được thực hiện ở điện áp 1 V bằng cách quét liên tục từ khi thanh lọc đến khi tiếp xúc với khí và sau đó thanh lọc lại. Buồng ban đầu được làm sạch bằng cách làm sạch bằng nitơ ở áp suất 200 cm3 trong 1 giờ để đảm bảo loại bỏ tất cả các chất phân tích khác có trong buồng, kể cả độ ẩm. Sau đó, các chất phân tích riêng lẻ được giải phóng từ từ vào buồng với cùng tốc độ dòng 200 cm3 bằng cách đóng xi lanh N2.
Phiên bản sửa đổi của bài viết này đã được xuất bản và có thể được truy cập thông qua liên kết ở đầu bài viết.
Inagaki, M. và Kang, F. Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Carbon: Nguyên tắc cơ bản. Ấn bản thứ hai được chỉnh sửa. 2014. 542.
Pearson, HO Sổ tay về Carbon, Than chì, Kim cương và Fullerene: Thuộc tính, Xử lý và Ứng dụng. Ấn bản đầu tiên đã được chỉnh sửa. 1994, New Jersey.
Tsai, W. và cộng sự. Màng graphene/graphit nhiều lớp có diện tích lớn làm điện cực dẫn điện mỏng trong suốt. ứng dụng. vật lý. Wright. 95(12), 123115(2009).
Balandin AA Tính chất nhiệt của vật liệu graphene và carbon cấu trúc nano. Nat. Matt. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW và Cahill DG Độ dẫn nhiệt của màng than chì phát triển trên Ni (111) bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học ở nhiệt độ thấp. trạng từ. Matt. Giao diện 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Sự phát triển liên tục của màng graphene bằng cách lắng đọng hơi hóa học. ứng dụng. vật lý. Wright. 98(13), 133106(2011).
Thời gian đăng: 23-08-2024