Spas ji bo serdana Nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgirîya CSS-ê sînordar e. Ji bo encamên çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn guhertoyek nû ya geroka xwe bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê ya di Internet Explorer de neçalak bikin). Di vê navberê de, ji bo misogerkirina piştgirîya domdar, em malperê bêyî şêwaz an JavaScript nîşan didin.
Fîlimên grafîtê yên nanopîvan (NGF) nanomaterialên zexm in ku dikarin ji hêla hilanîna buhara kîmyewî ya katalîtîk ve werin hilberandin, lê pirs di derbarê hêsaniya veguheztina wan de dimînin û ka morfolojiya rûkal çawa bandorê li karanîna wan di cîhazên nifşê nû de dike. Li vir em mezinbûna NGF-ê li her du aliyên pelika nîkelê ya pokristalîn (qada 55 cm2, stûrbûna bi qasî 100 nm) û veguheztina wê ya bê polîmer (pêş û paş, qada heya 6 cm2) radigihînin. Ji ber morfolojiya foila katalîzatorê, du fîlimên karbonê di taybetmendiyên xwe yên laşî û taybetmendiyên din de (wekî ziravbûna rûxê) cûda dibin. Em destnîşan dikin ku NGF-yên bi pişta hişktir ji bo tespîtkirina NO2 baş in, di heman demê de NGF-yên nermtir û birêkûpêktir ên li aliyê pêş (2000 S/cm, berxwedana pelê - 50 ohms / m2) dikarin bibin rêgir. kanal an elektroda şaneya rojê (ji ber ku ew 62% ronahiya xuyayî vediguhezîne). Bi tevayî, pêvajoyên mezinbûn û veguheztinê yên ku hatine destnîşan kirin dibe ku bibin alîkar ku NGF wekî materyalek karbonê ya alternatîf ji bo serîlêdanên teknolojîk ên ku fîlimên grafîtê yên qalind ên grafîn û mîkron ne guncaw in, bikin.
Grafît materyalek pîşesaziyê ye ku pir tê bikar anîn. Nemaze, grafît xwedan taybetmendiyên tîrêjiya girseya kêm û guheztina germî û elektrîkê ya di balafirê de ye, û di hawîrdorên germî û kîmyewî yên dijwar de pir aram e1,2. Grafîta flake ji bo lêkolîna grafene materyalek destpêkê ya naskirî ye3. Dema ku di nav fîlimên zirav de were hilanîn, ew dikare di navberek berbelav a sepanan de were bikar anîn, di nav de çîpên germê yên ji bo cîhazên elektronîkî yên wekî smartphone4,5,6,7, wekî materyalek çalak di sensor8,9,10 de û ji bo parastina destwerdana elektromagnetîk11. 12 û fîlimên ji bo lîtografiya di ultraviolet13,14 de, kanalên di hucreyên rojê de dimeşînin15,16. Ji bo van hemî sepanan, heke qadên mezin ên fîlimên grafît (NGF) yên bi qalindiyên ku di nanopîvana <100 nm de têne kontrol kirin bi hêsanî werin hilberandin û veguheztin dê avantajek girîng be.
Fîlmên grafîtê bi rêbazên cûrbecûr têne hilberandin. Di rewşek de, vegirtin û berbelavkirin û dûv re vekêşandin ji bo hilberîna pelikên grafene10,11,17 hate bikar anîn. Pêdivî ye ku felq di fîlimên bi qalindahiya pêwîst de bêtir werin hilanîn, û bi gelemperî çend roj hewce dike ku pelên grafît ên hişk werin hilberandin. Nêzîktêdayînek din ev e ku meriv bi pêşgirên zexm ên grafîtan dest pê bike. Di pîşesaziyê de, pelên polîmeran têne karbonîzekirin (li 1000-1500 °C) û dûv re grafîtî (li 2800-3200 °C) têne çêkirin da ku materyalên qat-avakirî yên baş çêbikin. Her çend qalîteya van fîliman bilind e, lê xerckirina enerjiyê girîng e1,18,19 û qalindiya herî kêm bi çend mîkronan1,18,19,20 ve sînorkirî ye.
Depokirina buhara kîmyewî ya katalîtîk (CVD) rêbazek naskirî ye ji bo hilberîna fîlimên grafîtê yên grafîn û ultrathin (<10 nm) bi kalîteya avahîsaziya bilind û lêçûnek maqûl21,22,23,24,25,26,27. Lêbelê, li gorî mezinbûna fîlimên grafîtê yên grafîn û ultra-tenik28, mezinbûna qada mezin û/an serîlêdana NGF-ê bi karanîna CVD-ê hîn kêmtir tê lêkolîn kirin11,13,29,30,31,32,33.
Fîlmên grafene û grafîtê yên ku di CVD-ê de mezin bûne bi gelemperî hewce ne ku li ser substratên fonksiyonel werin veguheztin34. Van veguheztina fîlima tenik du rêbazên sereke vedihewîne35: (1) veguheztina ne-etch36,37 û (2) veguheztina kîmyewî ya şil-based etch (piştgiriya substratê)14,34,38. Her rêbaz hin avantaj û dezawantajên xwe hene û divê li gorî sepana mebest were hilbijartin, wekî ku li cîhek din hatî diyar kirin35,39. Ji bo fîlimên grafene / grafît ên ku li ser binesaziyên katalîtîk têne mezin kirin, veguheztina bi pêvajoyên kîmyewî yên şil (ku polîmethyl methacrylate (PMMA) pileya piştgirî ya herî gelemperî tê bikar anîn) bijartina yekem dimîne13,30,34,38,40,41,42. You et al. Hat behs kirin ku ji bo veguheztina NGF (mezinahiya nimûneyê bi qasî 4 cm2) 25,43 polîmer nehat bikar anîn, lê di derheqê îstîqrara nimûneyê û/an hilgirtina di dema veguheztinê de hûrgulî nehat peyda kirin; Pêvajoyên kîmya şil bi karanîna polîmeran ji çend gavan pêk tê, di nav de serîlêdan û dûv re rakirina qatek polîmer a qurbanî30,38,40,41,42. Vê pêvajoyê dezawantajên xwe hene: Mînakî, bermahiyên polîmer dikarin taybetmendiyên fîlima mezinbûyî biguhezînin38. Pêvajoya pêvek dikare polîmera bermayî rake, lê ev gavên pêvek lêçûn û dema hilberîna fîlimê zêde dikin38,40. Di dema mezinbûna CVD de, qatek grafene ne tenê li eniya pêş a pelika katalîzatorê (aliyê ku ber bi herikîna hilmê ve ye), lê di heman demê de li aliyê wê yê paşîn jî tê razandin. Lêbelê, ya paşîn wekî hilberek bermayî tê hesibandin û bi plazmaya nerm dikare zû were rakirin38,41. Vezîvirandina vê fîlimê dikare alîkariya zêdekirina berberiyê bike, her çend ew ji fîlima karbonê ya rû bi kalîte kêmtir be.
Li vir, em amadekirina mezinbûna bifasî ya NGF-a bi qalîteya avahîsaziya bilind a li ser pelika nîkelê ya pokristalîn ji hêla CVD ve rapor dikin. Hate nirxandin ka kajbûna rûbera pêş û paşiya pelê çawa bandorê li morfolojî û avahiya NGF dike. Em di heman demê de veguheztina bê polîmer a biha-bandor û jîngehê ya NGF-ê ji her du aliyên pelika nîkelê li ser binesaziyên pirfonksîyonel destnîşan dikin û destnîşan dikin ka fîlimên pêş û paş çawa ji bo sepanên cihêreng maqûl in.
Di beşên jêrîn de qalindahiya fîlima grafîtê ya cihêreng li gorî hejmara qatên grafenê yên lihevkirî nîqaş dikin: (i) grafen yek tebeqe (SLG, 1 qat), (ii) grafen çend qat (FLG, < 10 qat), (iii) grafene pirreng ( MLG, 10-30 qat) û (iv) NGF (~ 300 qat). Ya paşîn qalindahiya herî gelemperî ye ku wekî ji sedî ji deverê tête diyar kirin (nêzîkî 97% rûber li her 100 μm2)30. Ji ber vê yekê tevahiya fîlm bi tenê NGF tê gotin.
Pelên nîkelê yên polîkrîstalîn ên ku ji bo senteza fîlimên grafene û grafît têne bikar anîn di encama çêkirin û hilberandina wan de xwedan nîgarên cûda ne. Me vê dawiyê lêkolînek ragihand ku pêvajoya mezinbûna NGF30 xweşbîn bike. Em destnîşan dikin ku pîvanên pêvajoyê yên wekî dema şilkirinê û zexta odeyê di qonaxa mezinbûnê de rolek girîng di bidestxistina NGF-ên bi qelewbûna yekreng de dileyzin. Li vir, me li ser mezinbûna NGF-ê ya li ser rûberên pêşûya paqijkirî (FS) û pişta nepilandî (BS) yên pelika nîkelê bêtir lêkolîn kir (Wêne. 1a). Sê celeb nimûneyên FS û BS hatin lêkolîn kirin, ku di Tablo 1-ê de hatine rêz kirin. Bi vekolîna dîtbarî re, mezinbûna yekreng a NGF li her du aliyên pelika nîkel (NiAG) ji hêla guheztina rengê mezinahiya ni- substratê ji zîvek metalîkî ya taybet ve tê dîtin. gewr ber bi rengê gewr matt (Hêjîr. 1a); Pîvandinên mîkroskopî hatin pejirandin (Hêjîrê. 1b, c). Spectrumek Raman a tîpîk a FS-NGF ku li herêma geş tê dîtin û bi tîrên sor, şîn û porteqalî yên di xêza 1b de tê destnîşan kirin di jimar 1c de tê nîşandan. Girtiyên Raman ên taybetmend ên grafît G (1683 cm−1) û 2D (2696 cm−1) mezinbûna NGF-ya pir krîstal piştrast dikin (Hêjî. 1c, Tablo SI1). Di seranserê fîlimê de, serdestiya spektrên Raman bi rêjeya tundûtûjiyê (I2D / IG) ~ 0.3 hate dîtin, dema ku spektrên Raman bi I2D / IG = 0.8 kêm kêm têne dîtin. Nebûna lûtkeyên xelet (D = 1350 cm-1) di tevahiya fîlimê de qalîteya bilind a mezinbûna NGF destnîşan dike. Encamên Raman ên bi vî rengî li ser nimûneya BS-NGF hatin bidestxistin (Wêne SI1 a û b, Tablo SI1).
Berawirdkirina NiAG FS- û BS-NGF: (a) Wêneyê nimûneyek tîpîk NGF (NiAG) ku mezinbûna NGF di pîvana waferê de (55 cm2) û nimûneyên pelê BS- û FS-Ni yên encam nîşan dide, (b) FS-NGF Wêneyên/ Ni ku ji hêla mîkroskopa optîkî ve hatî wergirtin, (c) spektrên Raman ên tîpîk ên ku di panelê b de li cihên cihê têne tomar kirin, (d, f) wêneyên SEM bi mezinbûnên cihêreng ên li ser FS-NGF/Ni, (e, g) Wêneyên SEM bi mezinbûnên cihêreng BS -NGF/Ni saz dike. Tîra şîn herêma FLG, tîra porteqalî herêma MLG (nêzîkî herêma FLG) nîşan dide, tîra sor herêma NGF, û tîra magenta qatbûnê nîşan dide.
Ji ber ku mezinbûn bi qalindahiya substrata destpêkê, mezinahiya krîstal, rêgez, û sînorên genim ve girêdayî ye, bidestxistina kontrola maqûl ya qalindahiya NGF li ser deverên mezin pirsgirêkek dimîne20,34,44. Vê lêkolînê naveroka ku me berê weşandibû bikar anî30. Ev pêvajo her 100 μm230 herêmek geş ji 0,1 heta 3% çêdike. Di beşên jêrîn de, em encamên ji bo her du celeb herêman pêşkêş dikin. Wêneyên SEM-ê yên mezinbûna bilind hebûna çend deverên berevajî yên geş li her du aliyan nîşan didin (Wêne. 1f,g), hebûna herêmên FLG û MLG30,45 nîşan dide. Ev jî ji hêla Raman scattering (Hêjî. 1c) û encamên TEM (paşê di beşa "FS-NGF: avahî û taybetmendî" de hate nîqaş kirin) hate pejirandin. Herêmên FLG û MLG yên ku li ser nimûneyên FS- û BS-NGF/Nî têne dîtin (NGF li pêş û paş ku li ser Ni hatî mezin kirin) dibe ku li ser genimên Ni (111) yên mezin ên ku di dema pêş-pêbûn22,30,45 de hatine çêkirin mezin bûne. Ji her du aliyan ve lihevhatin hate dîtin (Hêjîra 1b, bi tîrên mor hatiye nîşankirin). Van pelan bi gelemperî di fîlimên grafîn û grafîtê yên ku di CVD-ê de hatî mezin kirin de têne dîtin ji ber cûdahiya mezin di hevbera berfirehbûna germî ya di navbera grafît û substrata nîkel de30,38.
Wêneyê AFM piştrast kir ku nimûneya FS-NGF ji nimûneya BS-NGF (Wêne SI1) (Wêne SI2) safîtir bû. Nirxên ziravbûna çargoşeya navîn (RMS) ya FS-NGF/Ni (Hêjêra SI2c) û BS-NGF/Ni (Hêjîrê. SI2d) bi rêzê 82 û 200 nm in (li ser deverek 20 × tê pîvandin. 20 μm2). Zehmetiya bilind li ser bingeha analîza rûkalê ya nîkel (NiAR) di rewşa wergirtinê de tê fêm kirin (Wêne SI3). Wêneyên SEM-ê yên FS û BS-NiAR di jimarên SI3a–d de têne xuyang kirin, ku morfolojiyên rûberê yên cihêreng destnîşan dikin: pelika FS-Ni ya paqijkirî xwedan perçeyên gewr ên nano- û mîkron e, dema ku pelika BS-Ni ya nepaqilandî nimûneyek hilberînê nîşan dide. wek perçeyên bi hêza bilind. û kêm dibe. Wêneyên rezîliya kêm û bilind ên pelika nîkelê (NiA) di Figure SI3e–h de têne xuyang kirin. Di van jimaran de, em dikarin hebûna çend perçeyên nîkelê yên bi mezinahiya mîkronan li her du aliyên pelika nîkelê bişopînin (Wêne. SI3e–h). Gewherên mezin dibe ku xwedan rûberek Ni(111) be, wekî ku berê hate ragihandin30,46. Di navbera FS-NiA û BS-NiA de di morfolojiya pelê nîkel de cûdahiyên girîng hene. Zehmetiya bilind a BS-NGF/Ni ji ber rûbera nepaqilandî ya BS-NiAR-ê ye, ku rûbera wê jî piştî helandinê jî pir zirav dimîne (Wêne SI3). Ev celeb taybetmendiya rûxê beriya pêvajoya mezinbûnê dihêle ku hişkiya fîlimên grafîn û grafît were kontrol kirin. Pêdivî ye ku were zanîn ku substrata orîjînal di dema mezinbûna grafenê de hin ji nû ve organîzekirina genim derbas kir, ku piçek mezinahiya genim kêm kir û hinekî jî zexmiya rûbera substratê li gorî fîlima kelandî û katalîzatorê22 zêde kir.
Rêzkirina ziravbûna rûxara substratê, dema helandinê (mezinahiya genim)30,47 û kontrolkirina berdanê43 dê bibe alîkar ku yekrengiya qalindahiya NGF ya herêmî li pîvana μm2 û/an jî nm2 kêm bike (ango, guheztinên stûrahiya çend nanometran). Ji bo kontrolkirina ziraviya rûberê ya substratê, rêbazên wekî pîskirina elektrolîtîk a pelika nîkelê ya ku di encamê de hatî çêkirin dikare were hesibandin48. Dûv re pelika nîkelê ya ku berê hatî dermankirin dikare li germahiyek kêmtir (< 900 °C) 46 û wextê (< 5 hûrdem) were paqij kirin da ku ji çêbûna gewriyên mezin ên Ni (111) (ya ku ji bo mezinbûna FLG sûdmend e) dûr bixe.
Grafen SLG û FLG nekare li hember tansiyona rûyê asîd û avê bisekine, di pêvajoyên veguheztina kîmyewî ya şil de tebeqeyên piştgiriya mekanîkî hewce dike22,34,38. Berevajî veguheztina kîmyewî ya şil a grafene yek-tebeqeya bi polîmer38 piştgirî, me dît ku her du aliyên NGF-a ku wekî mezinbûyî dikare bêyî piştgirîya polîmer were veguheztin, wekî ku di Figure 2a de tê xuyang kirin (ji bo hûrgulî li Figure SI4a binêre). Veguheztina NGF ji bo substratek diyarkirî bi kişandina şil a fîlima bingehîn Ni30.49 dest pê dike. Nimûneyên NGF/Ni/NGF yên mezinbûyî şevekê di 15 mL 70% HNO3 de ku bi 600 mL ava deionized (DI) ve hatî rijandin, hatin danîn. Piştî ku foila Ni bi tevahî tê hilweşandin, FS-NGF li ser rûyê şilekê diherike, mîna mînaka NGF/Ni/NGF, dema ku BS-NGF di nav avê de tê rijandin (Hêl. 2a,b). Dûv re NGF-ya veqetandî ji firaxek ku ava teze ya deionîzekirî tê de vediguhezîne fîşekek din û NGF-ya veqetandî bi baldarî hate şuştin, çar-şeş caran di nav firaqa camê de ya girtî re dubare kir. Di dawiyê de, FS-NGF û BS-NGF li ser substratê xwestinê hatin danîn (Wêne. 2c).
Pêvajoya veguheztina kîmyewî ya şil a bê polîmer ji bo NGF-ya ku li ser pelika nîkel hatî mezin kirin: (a) Diyagrama herikîna pêvajoyê (ji bo hûrgulî li Figure SI4 binêre), (b) Wêneya dîjîtal a NGF-ya veqetandî piştî Ni- etching (2 nimûne), (c) Mînak FS - û BS-NGF veguhezîne substrata SiO2/Si, (d) FS-NGF veguhezîne jêrzemîna polîmera nezelal, (e) BS-NGF ji heman nimûneyê wekî panelê d (ku li du beşan hatî dabeş kirin), hate veguheztin ser kaxeza C ya bi zêr. û Nafion (substratek zelal a maqûl, keviyên ku bi quncikên sor têne nîşankirin).
Bala xwe bidinê ku veguheztina SLG ku bi karanîna rêbazên veguheztina kîmyewî ya şil pêk tê, pêdivî bi tevahî dema pêvajoyê ya 20-24 demjimêran heye 38. Bi teknîka veguheztina bê polîmer re ku li vir hatî destnîşan kirin (Wêne SI4a), dema pêvajoya veguheztina giştî ya NGF bi girîngî kêm dibe (nêzîkî 15 demjimêr). Pêvajo ji van pêk tê: (Gavek 1) Çareseriyek eftkirinê amade bikin û nimûneyê tê de bi cîh bikin (~ 10 hûrdem), dûv re şevekê li benda nixumandinê bisekinin (~ 7200 hûrdem), (Gavek 2) Bi ava deyonîzekirî bişon (Gavek - 3) . di ava deionîzekirî de hilînin an veguherînin substratê armancê (20 hûrdem). Ava ku di navbera NGF û matrixê de girtî ye bi çalakiya kapîlar (bi karanîna kaxezek blotinê)38 tê rakirin, dûv re dilopên avê yên mayî bi zuwakirina xwezayî (nêzîkî 30 hûrdem) têne rakirin, û di dawiyê de nimûne ji bo 10 hûrdeman tê hişk kirin. min di firna valahiya (10-1 mbar) de li 50-90 °C (60 deqe) 38.
Tê zanîn ku grafît li ber hebûna av û hewayê di germahiyên pir zêde (≥ 200 °C) 50,51,52 de radiweste. Me bi karanîna spektroskopiya Raman, SEM, û XRD nimûneyan ceribandin piştî hilanîna di ava deionîzekirî de li germahiya odeyê û di şûşeyên girtî de ji çend rojan heya salekê (Wêne SI4). Xerabûnek berbiçav tune. Wêneya 2c FS-NGF û BS-NGF-a serbixwe di ava deionized de nîşan dide. Me ew li ser substratek SiO2 (300 nm)/Si girtin, wek ku di destpêka Figure 2c de tê xuyang kirin. Wekî din, wekî ku di Figure 2d,e de tê xuyang kirin, NGF-ya domdar dikare li binesaziyên cihêreng ên wekî polîmeran (Polyamide Thermabright ji Nexolve û Nafion) û kaxeza karbonê ya bi zêr ve were veguheztin. FS-NGF-a herikîn bi hêsanî li ser binesaziya armancê hate danîn (Hêjîrê 2c, d). Lêbelê, nimûneyên BS-NGF yên ji 3 cm2 mezintir dema ku bi tevahî di nav avê de têne avêtin dijwar bûn. Bi gelemperî, gava ku ew di nav avê de dest bi gêrkirinê dikin, ji ber guheztina bêhiş carinan ew dibin du-sê beşan (Hêjî. 2e). Bi tevayî, me karîbû veguheztina bê polîmer a PS- û BS-NGF (veguheztina bêdawî ya domdar bêyî mezinbûna NGF/Ni/NGF li 6 cm2) ji bo nimûneyên heya 6 û 3 cm2 li herêmê, bi rêzdarî. Her perçeyên mezin an piçûk ên mayî dikarin li ser substratê xwestinê (~ 1 mm2, Figure SI4b, bi hêsanî were dîtin) (bi hêsanî di nav çareya eftkirinê an ava deionîzekirî de tê dîtin, mînaka ku li tora sifir hatî veguheztin binêre wekî di "FS-NGF: Struktur û Taybetmendî (gotûbêj) di bin "Struktur û Taybetmendî" de) an ji bo karanîna pêşerojê hilînin (Wêne SI4). Li ser bingeha vê pîvanê, em texmîn dikin ku NGF dikare di hilberên heya 98-99% de were vegerandin (piştî mezinbûna ji bo veguheztinê).
Nimûneyên veguhastinê yên bêyî polîmer bi hûrgulî hatine analîz kirin. Taybetmendiyên morfolojîk ên rûvî yên ku li ser FS- û BS-NGF/SiO2/Si (Hêjî. 2c) bi karanîna mîkroskopiya optîkî (OM) û wêneyên SEM (Hêjîrê. SI5 û jimar 3) hatine bidestxistin, nîşan didin ku ev nimûne bêyî mîkroskopî hatine veguheztin. Zirara strukturî ya xuya, wekî şikestin, qul, an deverên nevekirî. Qîçên li ser NGF-a ku mezin dibe (Hêjî. 3b, d, bi tîrên mor tê nîşankirin) piştî veguheztinê sax man. Hem FS- û hem jî BS-NGF ji herêmên FLG pêk tên (herêmên ronî ku bi tîrên şîn di jimar 3 de têne destnîşan kirin). Ecêb e, berevajî çend deverên xisardar ên ku bi gelemperî di dema veguheztina polîmer a fîlimên grafît ên ultra-tenik de têne dîtin, çend deverên FLG û MLG yên mezinahiya mîkronê ku bi NGF-ê ve girêdidin (bi tîrên şîn di Figure 3d de hatine nîşankirin) bêyî şikestin û şikestin hatine veguheztin (Wêne 3d) . 3). . Yekbûna mekanîkî bi karanîna wêneyên TEM û SEM-ê yên NGF-ê yên ku li ser torên sifir ên lace-karbonê hatine veguheztin, wekî ku paşê hatî nîqaş kirin ("FS-NGF: Structure û Taybetmendî") bêtir hate pejirandin. BS-NGF/SiO2/Si veguhestî ji FS-NGF/SiO2/Si bi nirxên rms yên 140 nm û 17 nm, bi rêzê ve, wekî ku di Figure SI6a û b (20 × 20 μm2) de tê xuyang kirin, dijwartir e. Nirxa RMS ya NGF ya ku li ser substrata SiO2/Si (RMS < 2 nm) hatî veguheztin ji ya NGF ya ku li ser Ni hatî mezin kirin bi girîngî kêmtir e (nêzîkî 3 qat), ev destnîşan dike ku dibe ku ziraviya zêde bi rûyê Ni re têkildar be. Wekî din, wêneyên AFM-ê yên ku li kêlekên nimûneyên FS- û BS-NGF/SiO2/Sî hatine çêkirin, bi rêzê ve stûrbûna NGF 100 û 80 nm nîşan didin (Hêjîrêka SI7). Dibe ku stûrbûna piçûktir a BS-NGF ji ber wê yekê be ku rûer rasterast li ber gaza pêşîn dernakeve.
NGF (NiAG) bêyî polîmera li ser SiO2/Si waferê hatî veguheztin (binihêre Figure 2c): (a,b) Wêneyên SEM yên FS-NGF yên veguhestî: mezinbûna nizm û bilind (li gorî çargoşeya porteqalî ya di panelê de). Herêmên tîpîk) – a). (c,d) Wêneyên SEM-ê yên BS-NGF-ya veguhestî: mezinbûna nizm û bilind (li gorî qada tîpîk ku ji hêla çargoşeya porteqalî ve di panelê c de hatî destnîşan kirin re têkildar e). (e, f) Wêneyên AFM yên FS- û BS-NGF yên veguheztin. Tîra şîn herêma FLG temsîl dike - berevajî ronî, tîra şîn - berevajî MLG reş, tîra sor - berevajiya reş herêma NGF, tîra magenta qatbûnê temsîl dike.
Pêkhateya kîmyewî ya FS- û BS-NGF-yên mezin û veguhestî bi spektroskopiya fotoelektronê ya X-tîrêjê (XPS) ve hate analîz kirin (Hêjî. 4). Di spektrên pîvandî de lûtkeyek qels hate dîtin (Hêjîrêk 4a, b), ku bi substrata Ni (850 eV) ya FS- û BS-NGF-yên mezinbûyî (NiAG) re têkildar e. Di spektrayên pîvandî yên FS- û BS-NGF/SiO2/Si yên veguhestî de lûtk tune ne (Wêne. 4c; Encamên bi vî rengî ji bo BS-NGF/SiO2/Si nayên xuyang kirin), ev destnîşan dike ku piştî veguheztinê gemariya Ni-ya mayî tune. . Wêneyên 4d-f spektrayên bi rezîliya bilind ên asta enerjiya C 1 s, O 1 s û Si 2p ya FS-NGF / SiO2 / Si nîşan dide. Enerjiya girêdana C 1 s ya grafît 284,4 eV53,54 e. Şêweya xêzikî ya lûtkeyên grafîtê bi gelemperî wekî asîmetrîk tê hesibandin, wekî ku di jimar 4d54 de tê xuyang kirin. Spectruma core-asta C 1-ê ya bi rezîliya bilind (Hêjîra 4d) jî veguheztina safî (ango bê bermahiyên polîmerî) piştrast kir, ku bi lêkolînên berê re lihevhatî ye38. Berfirehiya xêzên spektrên C 1 s ên nimûneya nûbûyî (NiAG) û piştî veguheztinê bi rêzê 0,55 û 0,62 eV in. Van nirx ji yên SLG (0,49 eV ji bo SLG li ser substratek SiO2)38 bilindtir in. Lêbelê, ev nirx ji bo nimûneyên grafene yên pirolîtîk ên pir birêkûpêk (~ 0.75 eV) 53,54,55 ji berfirehiyên rêzê yên berê hatine ragihandin piçûktir in, ku nebûna deverên karbonê yên xelet di materyalê heyî de destnîşan dike. Spektrên asta erdê C 1 s û O 1 s di heman demê de ji milan jî kêm in, ku hewcedariya vekêşana lûtkeya bi rezîliya bilind54 ji holê radike. Li dora 291.1 eV lûtkeya satelîtê π → π* heye, ku pir caran di nimûneyên grafît de tê dîtin. Nîşaneyên 103 eV û 532.5 eV di spektrayên asta bingehîn ên Si 2p û O 1 s de (binêre Fig. 4e, f) bi rêzê ve ji substrata SiO2 56 re têne veqetandin. XPS teknolojiyek hesas a rûxê ye, ji ber vê yekê îşaretên ku bi Ni û SiO2 re têkildar in berî û piştî veguheztina NGF, bi rêzê, têne texmîn kirin ku ji herêma FLG derdikevin. Encamên bi vî rengî ji bo nimûneyên BS-NGF yên hatine veguheztin (ne xuyang kirin) hatin dîtin.
Encamên NiAG XPS: (ac) Spektrên lêkolînê yên pêkhateyên atomî yên hêmanên cûda yên FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni û FS-NGF/SiO2/Si yên mezinbûyî, bi rêzê ve hatine veguheztin. (d–f) Spectrayên rezîliya bilind ên astên bingehîn C 1 s, O 1s û Si 2p yên nimûneya FS-NGF / SiO2 / Si.
Qalîteya giştî ya krîstalên NGF yên veguhestî bi karanîna tîrêjê X-ray (XRD) hate nirxandin. Nimûneyên XRD yên tîpîk (Wêne. SI8) yên FS- û BS-NGF/SiO2/Si yên hatine veguheztin hebûna lûtkeyên difraksiyonê (0 0 0 2) û (0 0 0 4) li 26.6° û 54.7°, mîna grafît nîşan didin. . Ev qalîteya krîstal a bilind a NGF piştrast dike û bi dûrahiya navberê ya d = 0.335 nm re têkildar e, ku piştî qonaxa veguheztinê tê domandin. Zêdebûna lûtkeya difraksiyonê (0 0 0 2) bi qasî 30 qat ji lûtkeya difraksiyonê (0 0 0 4) ye, ev destnîşan dike ku balafira krîstal a NGF bi rûxara nimûneyê re baş e.
Li gorî encamên SEM, spektroskopiya Raman, XPS û XRD, qalîteya BS-NGF/Ni wekî ya FS-NGF/Ni hate dîtin, her çend tundiya wê ya rms hinekî bilindtir bû (Wêneyên SI2, SI5) û SI7).
SLG-yên bi qatên piştgiriya polîmerî heya 200 nm qalind dikarin li ser avê bilivînin. Ev sazkirin bi gelemperî di pêvajoyên veguheztina kîmyewî ya şil de bi alîkariya polîmer tê bikar anîn22,38. Grafen û grafît hîdrofobî ne (goşeya şil 80–90°) 57 . Rûberên enerjiya potansiyel a hem grafene û hem jî FLG-ê tê ragihandin ku bi enerjiya potansiyela kêm (~ 1 kJ/mol) ji bo tevgera paşîn a avê li rûerdê pir guncan in58. Lêbelê, enerjiya danûstendina avê ya bi grafen û sê tebeqeyên grafenê re bi rêzê ve bi qasî − 13 û − 15 kJ/mol,58 e, ku nîşan dide ku pêwendiya avê bi NGF re (nêzîkî 300 qat) li gorî grafenê kêmtir e. Dibe ku ev yek ji wan sedeman be ku çima NGF-ya serbixwe li ser rûyê avê xêz dimîne, dema ku grafên serbixwe (ya ku di nav avê de dimeşe) diqelişe û diqelişe. Dema ku NGF bi tevahî di nav avê de tê binav kirin (encam ji bo NGF-ya hişk û rût yek in), keviyên wê diherike (Wêne SI4). Di bûyera dakêşana bêkêmasî de, tê pêşbînîkirin ku enerjiya danûstendina NGF-av hema hema duqat be (li gorî NGF-ya herikîn) û ku keviyên NGF-ê diherikin da ku goşeyek têkiliyek bilind (hîdrofobî) biparêzin. Em bawer dikin ku stratejiyên dikarin werin pêşve xistin da ku ji kelijandina keviyên NGF-yên binavkirî dûr nekevin. Nêzîkatiyek ev e ku meriv solavên tevlihev bikar bîne da ku reaksiyona şilkirinê ya fîlima grafît59 modul bike.
Veguheztina SLG ji cûrbecûr substratan re bi pêvajoyên veguheztina kîmyewî ya şil berê hate ragihandin. Bi gelemperî tê pejirandin ku hêzên van der Waals-ê yên qels di navbera fîlimên grafen/grafît û binesaziyan de hene (binbeşên hişk ên wekî SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si stûnên22 û fîlimên karbonê yên latî30, 34 an jî substratên maqûl be. wek polyimide 37). Li vir em texmîn dikin ku têkiliyên heman celebî serdest in. Me di dema hilgirtina mekanîkî de (di dema karakterîzekirinê de di bin valahiya û/an şert û mercên atmosferê de an di dema hilanînê de) ji bo yek ji substratên ku li vir hatine pêşkêş kirin, NGF-ê zirar nedîtiye (mînak, Figure 2, SI7 û SI9). Wekî din, me lûtkeyek SiC di spektra XPS C 1 s ya asta bingehîn a nimûneya NGF / SiO2 / Si de nedît (Hêjîrêk 4). Van encaman destnîşan dikin ku di navbera NGF û substratê armancê de girêdanek kîmyewî tune.
Di beşa berê de, "Veguhestina FS- û BS-NGF-a bê polîmer," me destnîşan kir ku NGF dikare li her du aliyên pelika nîkel mezin bibe û veguhezîne. Van FS-NGF û BS-NGF di warê hişkiya rûxê de ne yek in, ku ji me re hişt ku em ji bo her celeb serîlêdanên herî maqûl bikolin.
Bi berçavkirina zelalî û rûbera nermtir a FS-NGF, me avahiya wê ya herêmî, taybetmendiyên optîkî û elektrîkî bi hûrgulî lêkolîn kir. Avahî û avahîsaziya FS-NGF bêyî veguheztina polîmerê ji hêla mîkroskopiya elektronîkî ya veguheztinê (TEM) ve û analîza nimûneya dabeşkirina elektronê ya devera bijartî (SAED) ve hate destnîşan kirin. Encamên peywendîdar di jimar 5 de têne xuyang kirin. Wêneyên TEM-ê yên plansazkirî yên bi mezinbûna kêm hebûna herêmên NGF û FLG yên bi taybetmendiyên berevajî yên elektronîkî yên cihêreng, ango deverên tarîtir û geştir, bi rêzê ve diyar kir (Hêjî. 5a). Bi tevayî fîlim di navbera herêmên cihêreng ên NGF û FLG de yekitî û aramiya mekanîkî ya baş nîşan dide, bi hevgirtinek baş û bê zirar an çikandin, ku ev jî ji hêla SEM (Wêne 3) û lêkolînên TEM-ê yên mezinkirina bilind (Wêne 5c-e) ve hate pejirandin. Bi taybetî, di Xiflteya 5d de avahiya pirê li beşa wê ya herî mezin nîşan dide (pozîsyona ku di xêza 5d de bi tîra xalîçeya reş hatî nîşankirin), ku bi rengek sêgoşeyî tê xuyang kirin û ji qatek grafene ya bi firehiya wê nêzî 51 pêk tê. Pêkhateya bi navberek 0,33 ± 0,01 nm, li herêma herî teng (dawiya tîra reş a zexm a di jimar 5 d) de, li çend qatên grafene bêtir tê kêm kirin.
Wêneyê TEM-ya plankirî ya nimûneyek NiAG-ya bê polîmer a li ser tora sifirê ya karbonê: (a, b) Wêneyên TEM-ê yên bi mezinbûna kêm tevî herêmên NGF û FLG, (ce) Wêneyên mezinbûna zêde yên deverên cihêreng ên di panel-a û panel-b de ne. tîrên bi heman rengî nîşankirin. Tîrên kesk ên di panelên a û c de deverên dorhêl ên zirarê yên di dema berhevkirina tîrêjê de destnîşan dikin. (f–i) Di panelên a heta c de, qalibên SAED yên li herêmên cihê, bi rêzê, bi derdorên şîn, şîn, porteqalî û sor têne destnîşan kirin.
Struktura rîbonê ya di Figure 5c de (bi tîra sor hatî nîşankirin) arastekirina vertîkal a balefirên tora grafît nîşan dide, ku dibe ku ji ber çêbûna nanofoldên li ser fîlimê (di Figure 5c de têxe) ji ber zexta şûştinê ya zêde ya bê telafîkirî be30,61,62 . Di bin TEM-ê ya bi rezîliya bilind de, ev nanofold 30 ji yên mayî yên herêma NGF-ê rêgezek krîstalografî ya cihêreng nîşan didin; planên basal ên tîrêjê grafît hema hema ber bi vertîkal têne rêve kirin, li şûna ku mîna fîlima mayî bi horizontî ve têne rêve kirin (di xêza 5c de hatî destnîşan kirin). Bi heman awayî, herêma FLG carinan qatên xêz û teng ên mîna bandê (bi tîrên şîn têne nîşankirin), ku bi rêzdarî di Figure 5b, 5e de bi mezinbûna kêm û navîn xuya dikin. Di Figure 5e de xêzkirina hebûna qatên grafene yên du- û sê-qat di sektora FLG de (dûrahiya navberê 0,33 ± 0,01 nm) piştrast dike, ku bi encamên meyên berê re lihevhatinek baş e30. Wekî din, wêneyên SEM-ê yên tomarkirî yên NGF-ya bê polîmer ku li ser torên sifir ên bi fîlimên karbonê yên lacî ve hatine veguheztin (piştî pêkanîna pîvandinên TEM-ê yên jorîn) di Figure SI9 de têne xuyang kirin. Herêma FLG ya baş rawestandî (bi tîra şîn hatî nîşankirin) û devera şikestî ya di Figure SI9f de. Tîra şîn (li keviya NGF-ya veguheztî) bi mebest tê pêşkêş kirin da ku destnîşan bike ku herêma FLG dikare li hember pêvajoya veguheztinê bêyî polîmer li ber xwe bide. Bi kurtahî, van wêneyan piştrast dikin ku NGF-ya qismî rawestandî (tevî herêma FLG jî) yekparebûna mekanîkî diparêze tewra piştî destwerdana hişk û rûdana valahiya bilind di dema pîvandinên TEM û SEM de (Wêne SI9).
Ji ber şilbûna hêja ya NGF (binihêre Figure 5a), ne dijwar e ku meriv felqan li ser eksê domainê [0001] araste bike da ku struktura SAED analîz bike. Bi qalindahiya herêmî ya fîlimê û cîhê wê ve girêdayî, çend deverên balkêş (12 xal) ji bo lêkolînên belavkirina elektronê hatin destnîşankirin. Di jimarên 5a-c de, çar ji van herêmên tîpîk bi derdorên rengîn (şîn, şîn, porteqalî, û sor ên kodkirî) têne xuyang kirin û nîşankirin. Ji bo moda SAED jimar 2 û 3. Hêjmar 5f û g ji herêma FLG ya ku di jimarên 5 û 5 de tê nîşandan hatine wergirtin. Wekî ku bi rêzê ve di jimarên 5b û c de têne xuyang kirin. Avahiyeke wan a hexagonal a mîna grafenê zivirî63 heye. Bi taybetî, Xiflteya 5f sê qalibên serhevkirî yên bi heman arasteya eksê [0001] zone nîşan dide, ku bi 10° û 20° zivirî, wek ku ji hêla neliheviya goşeyê ya sê cotên refleksên (10-10) ve tê xuyang kirin. Bi heman awayî, Figure 5g du qalibên hexagonal ên li ser hev ên ku bi 20° ve hatine zivirandin nîşan dide. Du an sê komên qalibên hexagonal li herêma FLG dikarin ji sê tebeqeyên grafenê yên li hundur an derveyî balafirê 33 ku li gorî hevûdu zivirîn, derkevin. Berevajî vê, qalibên dabeşkirina elektronê di xêza 5h,i de (li gorî herêma NGF ya ku di xêzik 5a de hatî xuyang kirin re têkildar e) nexşeyek [0001] ya yekane bi tundûtûjiyek belavbûna xala bilindtir nîşan dide, ku bi stûrbûna materyalê re têkildar e. Van modelên SAED bi avahiyek grafîtîk a stûrtir û rêgezek navîn ji FLG-ê re têkildar in, wekî ku ji navnîşa 64-ê tê destnîşan kirin. Taybetmendiya taybetmendiyên krîstal ên NGF hevjiyana du an sê krîstalîteyên grafît (an jî grafene) li ser hev eşkere kir. Tiştê ku bi taybetî li herêma FLG-ê balê dikişîne ev e ku krîstalîtan xwedan astek xeletiyek di nav-firokê an derveyî balafirgehê de ne. Parçeyên grafîtê / qatên bi goşeya zivirîna di balafirê de 17 °, 22 ° û 25 ° berê ji bo NGF-ya ku li ser fîlimên Ni 64 mezin bûne hatine ragihandin. Nirxên goşeya zivirandinê yên ku di vê lêkolînê de têne dîtin bi zozanên zivirandinê yên berê (±1°) ji bo grafên BLG63-ê ziravkirî re hevaheng in.
Taybetmendiyên elektrîkê yên NGF/SiO2/Si li 300 K li ser herêmek 10×3 mm2 hatin pîvandin. Nirxên giraniya hilgirê elektronê, livîn û rêvegirtinê bi rêzdarî 1,6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 û 2000 S-cm-1 in. Nirxên tevgerîn û guheztina NGF-ya me dişibihe grafîta xwezayî2 û ji grafîta pirolîtîk a pir oriented (li 3000 °C hatî hilberandin)29 bilindtir e. Ji bo fîlimên grafît ên qalind ên mîkrok ên ku bi karanîna pelên polîîmîdê yên germahiya bilind (3200 °C) hatine amadekirin, nirxên giraniya hilgirê elektronê du rêzik mezintir in ji yên ku vê dawiyê hatine ragihandin (7,25 × 10 cm-3).
Me di heman demê de pîvandinên veguheztina UV-dîtbar li ser FS-NGF-ya ku li jêrzemîna quartzê hatî veguheztin jî pêk anî (Wêne 6). Spectruma ku derketiye di navbera 350-800 nm de veguheztinek hema hema domdar 62% nîşan dide, ku destnîşan dike ku NGF ji ronahiya xuyayî re zelal e. Bi rastî, navê "KAUST" di wêneya dîjîtal a nimûneya di Xiflteya 6b de tê dîtin. Her çend strukturên nanokristalîn ên NGF ji ya SLG-ê cûda ye jî, bi karanîna qaîdeya 2,3% windabûna veguheztinê ya her qatek zêde65, hejmara qatan bi gelemperî dikare were texmîn kirin. Li gorî vê pêwendiyê, hejmara qatên grafenê yên ku ji sedî 38 windabûna wan heye 21 e. NGF-ya mezinbûyî bi giranî ji 300 qatên grafenê pêk tê, ango qalindahiya wê bi qasî 100 nm (Hêjî. 1, SI5 û SI7). Ji ber vê yekê, em texmîn dikin ku zelaliya optîkî ya çavdêrîkirî bi herêmên FLG û MLG re têkildar e, ji ber ku ew li seranserê fîlimê têne belav kirin (Wêne. 1, 3, 5 û 6c). Digel daneyên strukturên jorîn, rêvebûn û zelalî jî qalîteya krîstal a bilind a NGF-ya veguheztî piştrast dike.
(a) Pîvana veguheztina xuyang a UV, (b) veguheztina tîpîk a NGF li ser quartzê bi karanîna nimûneyek nûner. (c) Şematîka NGF (qutiya tarî) bi herêmên FLG û MLG yên ku bi yeksan hatine belav kirin li seranserê nimûneyê wekî şeklên bêserûber ên gewr hatine nîşankirin (binihêre Figure 1) (nêzîkî 0,1–3% qada li her 100 μm2). Şiklên tesadufî û mezinahiyên wan ên di diagramê de tenê ji bo mebestên ronîkirinê ne û bi deverên rastîn re naguncin.
NGF-ya şefaf a ku ji hêla CVD ve hatî mezin kirin berê li rûberên siliconê yên tazî hatî veguheztin û di hucreyên rojê de hate bikar anîn15,16. Encama veguhertina hêzê (PCE)% 1.5 e. Van NGF gelek fonksiyonên wekî qatên tevliheviya çalak, riyên veguheztina barkirinê, û elektrodên zelal pêk tînin15,16. Lêbelê, fîlima grafît ne yekgirtî ye. Optimîzasyonek din bi baldarî kontrolkirina berxwedana pelê û veguheztina optîkî ya elektroda grafît hewce ye, ji ber ku ev her du taybetmendî di destnîşankirina nirxa PCE ya hucreya rojê de rolek girîng dileyzin15,16. Bi gelemperî, fîlimên grafene 97,7% ji ronahiya xuyayî re zelal in, lê berxwedana pelê 200-3000 ohms/sq.16 heye. Berxwedana rûyê fîlimên grafene dikare bi zêdekirina hejmara qatan (veguheztina pirjimar a qatên grafene) û dopîngkirina bi HNO3 (~ 30 Ohm/sq.)66 kêm bibe. Lêbelê, ev pêvajo demek dirêj digire û qatên veguheztina cûda her gav têkiliyek baş nagirin. Aliyê meya pêşiyê NGF xwedan taybetmendiyên wekî rêvegirtina 2000 S / cm, berxwedana pelê fîlimê 50 ohm / sq e. û 62% şefafiyet, ku wê ji bo kanalên guhêrbar an jî elektrodên dijber ên di şaneyên rojê de alternatîfek guncan dike15,16.
Her çend avahî û kîmya rûbera BS-NGF dişibihe FS-NGF, hişkiya wê cûda ye ("Pêşbûna FS- û BS-NGF"). Berê, me fîlima ultra-tenik grafît22 wekî senzorek gazê bikar anî. Ji ber vê yekê, me îmkana karanîna BS-NGF ji bo karên hestiyariya gazê ceriband (Wêne SI10). Pêşîn, beşên mm2-ê yên BS-NGF-ê li ser çîpa sensora elektrodê ya navbeynkar hatin veguheztin (Wêne SI10a-c). Agahiyên hilberîna çîpê berê hatibûn ragihandin; qada wê ya hesas çalak 9 mm267 e. Di wêneyên SEM-ê de (Wêne SI10b û c), elektroda zêr ya bingehîn bi NGF-ê bi zelalî xuya dibe. Dîsa, tê dîtin ku çîpê yekgirtî ji bo hemî nimûneyan hate bidestxistin. Pîvana senzora gazê ya gazên cihê hatin tomarkirin (Hêjîrê. SI10d) (Hêjîrê. SI11) û rêjeyên bersivdayînê yên encam di jimaran de têne xuyang kirin. SI10g. Dibe ku bi gazên din ên astengdar re di nav de SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) û NH3 (200 ppm). Yek ji sedemên gengaz NO2 e. xwezaya elektrofîlî ya gazê22,68. Dema ku li ser rûyê grafenê tê zeliqandin, ew vegirtina heyî ya elektronan ji hêla pergalê ve kêm dike. Berhevokek daneyên dema bersivê ya senzora BS-NGF bi senzorên berê yên hatî weşandin re di Tabloya SI2 de tê pêşkêş kirin. Mekanîzmaya ji nû ve aktîvkirina senzorên NGF bi karanîna plazmaya UV, plazma O3 an dermankirina termal (50-150°C) ya nimûneyên eşkerekirî berdewam e, bi îdeal li dû pêkanîna pergalên pêvekirî69.
Di dema pêvajoya CVD de, mezinbûna grafene li her du aliyên substrata katalîzatorê pêk tê41. Lêbelê, BS-graphene bi gelemperî di pêvajoya veguhastinê de tê derxistin41. Di vê lêkolînê de, em destnîşan dikin ku mezinbûna NGF-a-kalîteya bilind û veguheztina NGF-a bê polîmer dikare li her du aliyên piştgiriya katalîzatorê were bidestxistin. BS-NGF ji FS-NGF (~ 100 nm) ziravtir e (~ 80 nm), û ev cûdahî bi vê yekê ve tê rave kirin ku BS-Ni rasterast ji herikîna gaza pêşîn re nayê eşkere kirin. Me her weha dît ku hişkiya substratê NiAR bandorê li ser hişkiya NGF dike. Van encaman destnîşan dikin ku FS-NGF-ya plankirî ya mezinbûyî dikare wekî materyalek pêşîn ji bo grafene (bi rêbaza exfoliation70) an jî wekî kanalek guhêrbar di şaneyên rojê de were bikar anîn15,16. Berevajî vê, BS-NGF dê ji bo tespîtkirina gazê (Wêne. SI9) û dibe ku ji bo pergalên hilanîna enerjiyê71,72 were bikar anîn, ku li wir ziraviya rûyê wê dê kêrhatî be.
Li jor nihêrîn, kêrhatî ye ku xebata heyî bi fîlimên grafîtê yên berê hatine weşandin ku ji hêla CVD ve hatî mezin kirin û pelika nîkel bikar tînin re hevber bikin. Wekî ku di Tablo 2 de tê dîtin, zextên bilind ên ku me bikar anîn dema reaksiyonê (qonaxa mezinbûnê) jî di germahiyên nizm de (di navbera 850-1300 °C) de kurt kirin. Me di heman demê de mezinbûnek ji ya berê mezintir bi dest xist, ku potansiyela berfirehbûnê destnîşan dike. Faktorên din hene ku meriv li ber çavan bigire, hin ji wan ku me di tabloyê de cîh girtiye.
NGF-a-kalîteya bilind a dualî li ser pelika nîkel ji hêla CVD-ya katalîtîk ve hate mezin kirin. Bi rakirina binesazên polîmer ên kevneşopî (wekî yên ku di grafene CVD de têne bikar anîn), em gihîştin veguheztina şil a paqij û bêqisûr a NGF (ku li pişt û aliyên pêş ên pelika nîkelê mezin dibe) berbi cûrbecûr binbeşên pêvajoyê-krîtîk. Nemaze, NGF herêmên FLG û MLG (bi gelemperî 0.1% ber 3% li 100 μm2) vedigire ku ji hêla strukturî ve baş di fîlima stûrtir de têne yek kirin. Planar TEM nîşan dide ku ev herêm ji du sê pariyên grafît/grafene (bi rêzê ve krîstal an qat) pêk tên, ku hin ji wan 10-20° lihevhatina zivirandinê heye. Herêmên FLG û MLG ji zelalbûna FS-NGF ji ronahiya xuya re berpirsiyar in. Wekî ku ji bo pelên paşîn, ew dikarin bi pelên pêşîn re paralel werin hilgirtin û, wekî ku tê xuyang kirin, dikarin xwedî armancek fonksiyonel bin (mînak, ji bo tespîtkirina gazê). Van lêkolînan ji bo kêmkirina çopê û lêçûnên di pêvajoyên CVD-ya pîvana pîşesaziyê de pir bikêr in.
Bi gelemperî, stûrbûna navînî ya CVD NGF di navbera pelên grafîtê (kêm û pir-reng) û pîşesaziyê (mîkrometre) de ye. Rêjeya taybetmendiyên wan ên balkêş, digel rêbaza hêsan a ku me ji bo hilberandin û veguheztina wan pêşxistiye, van fîliman bi taybetî ji bo sepanên ku hewcedariya bersivdana fonksiyonel a grafîtê, bêyî lêçûnên pêvajoyên hilberîna pîşesaziyê yên enerjiyê yên ku niha têne bikar anîn minasib dike.
Di reaktorek CVD ya bazirganî (Aixtron 4-inch BMPro) de pelika nîkelê ya 25 μm stûr (99,5% paqijî, Goodfellow) hate saz kirin. Pergal bi argon hat paqijkirin û bi zexta bingehîn a 10-3 mbar hate valakirin. Dûre pelika nîkel hat danîn. di Ar/H2 de (Piştî 5 hûrdeman pêşî lêxistina Ni foilê, peldank di 900 °C de di bin zextek 500 mbar de hate rûxandin. NGF 5 hûrdem di herikîna CH4/H2 (her yekê 100 cm3) de hate razandin. Dûv re nimûne bi karanîna herikîna Ar (4000 cm3) di 40 °C/min de li germahiya jêrîn 700 °C hate sar kirin Hûrguliyên li ser xweşbînkirina pêvajoya mezinbûna NGF li cîhek din têne vegotin.
Morfolojiya rûyê nimûneyê ji hêla SEM-ê ve bi karanîna mîkroskopa Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA) hate xuyang kirin. Zehmetiya rûyê nimûneyê û qalindahiya NGF bi AFM (Dimension Icon SPM, Bruker) hate pîvandin. Pîvandinên TEM û SAED bi karanîna mîkroskopa FEI Titan 80-300 Cubed ku bi çekek belavbûna zeviyê ya ronahiya bilind (300 kV), monokromatorek celebek FEI Wien û rastkerek guhezbar a lensên CEOS-ê hatî çêkirin hatine kirin da ku encamên dawîn bistînin. çareseriya mekanî 0,09 nm. Nimûneyên NGF ji bo nîgarkêşana TEM-ê û analîza strukturên SAED veguheztin torên sifir ên pêçandî yên karbonê. Bi vî rengî, piraniya blokên nimûneyê di porên membrana piştgirî de têne sekinandin. Nimûneyên NGF yên veguheztin ji hêla XRD ve hatin analîz kirin. Nimûneyên dabeşkirina tîrêjê ya X-ê bi karanîna difraktometreya toz (Brucker, D2 veguherînera qonaxa bi çavkaniya Cu Kα, 1.5418 Å û detektora LYNXEYE) bi karanîna çavkaniyek tîrêjê ya Cu bi tîrêjek tîrêjê ya 3 mm ve hatî wergirtin.
Gelek pîvandinên xala Raman bi karanîna mîkroskopa hevgirtî ya yekbûyî (Alpha 300 RA, WITeC) hatin tomar kirin. Lazerek 532 nm bi hêza heyecanê ya kêm (25%) hate bikar anîn da ku ji bandorên germî dûr nekevin. Spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjê (XPS) li ser spektrometerek Kratos Axis Ultra li ser herêmek nimûne ya 300 × 700 μm2 bi karanîna tîrêjên Al-Kα yên monokromatîkî (hν = 1486,6 eV) bi hêzek 150 W hate kirin. enerjiyên veguheztinê bi rêzê ve 160 eV û 20 eV. Nimûneyên NGF yên ku li ser SiO2 hatine veguheztin, bi karanîna lazerek fîberê ya PLS6MW (1,06 μm) ya PLS6MW (1,06 μm) di 30 W de hatine qut kirin. Têkiliyên têlên sifir (50 μm stûr) bi karanîna pasta zîv di bin mîkroskopa optîkî de hatine çêkirin. Veguhastina elektrîkê û ceribandinên bandora Hall li ser van nimûneyan di 300 K û guherbarek zeviyek magnetîkî ya ± 9 Tesla de di pergalek pîvandina taybetmendiyên laşî de (PPMS EverCool-II, Sêwirana Quantum, DY). Spektrên UV-vis ên veguhestî bi karanîna spektrofotometerek Lambda 950 UV-vis di navbera NGF ya 350-800 nm de ku ji binê quartz û nimûneyên referansa quartzê ve hatî veguheztin hatine tomar kirin.
Sensorê berxwedana kîmyewî (çîpek elektrodê ya navberkirî) bi panelek çapkirî ya xwerû 73 ve hate girêdan û berxwedan bi demkî hate derxistin. Pîvana dorhêla çapkirî ya ku amûr lê ye bi termînalên pêwendiyê ve tê girêdan û di hundurê jûreya hîssa gazê 74 de tê danîn. Pîvana berxwedanê di voltaja 1 V de bi şopandina domdar ji paqijkirinê berbi rûdana gazê ve hate girtin û dûv re dîsa paqij kirin. Ode di destpêkê de bi paqijkirina nîtrojenê li 200 cm3 ji bo 1 demjimêran hate paqij kirin da ku ji rakirina hemî analîtên din ên di odeyê de, tevî şilbûnê, were piştrast kirin. Dûv re analîzên takekesî bi girtina silindera N2 bi heman rêjeya herikîna 200 cm3 hêdî hêdî di hundurê odeyê de hatin berdan.
Guhertoyek nûvekirî ya vê gotarê hate weşandin û dikare bi riya lînka li jorê gotarê were gihîştin.
Inagaki, M. û Kang, F. Zanist û Endezyariya Materyalên Karbonê: Bingehîn. Çapa duyemîn hate guherandin. 2014. 542.
Pearson, HO Destana Karbon, Grafît, Diamond û Fullerenes: Taybetmendî, Pêvajo û Serlêdan. Çapa yekem hate sererastkirin. 1994, New Jersey.
Tsai, W. et al. Fîlimên grafen/grafîtê yên pirrengî yên qadeke mezin wekî elektrodên guhêz ên zirav ên zelal. bikaranînî. fîzîk. Wright. 95 (12), 123115 (2009).
Balandin AA Taybetmendiyên germî yên grafene û materyalên karbonê yên nanosazkirî. Nat. Matt. 10 (8), 569-581 (2011).
Cheng KY, Brown PW û Cahill DG Germiya germî ya fîlimên grafîtê yên ku li ser Ni (111) ji hêla hilanîna buhara kîmyewî ya germahiya kêm ve hatî mezin kirin. rengpêş. Matt. Navbera 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Zêdebûna domdar a fîlimên grafene ji hêla hilweşandina vaporê kîmyewî. bikaranînî. fîzîk. Wright. 98(13), 133106(2011).
Dema şandinê: Tebax-23-2024