גידול סרט גרפיט שקוף על Ni והעברה דו-כיוונית ללא פולימרים

תודה שביקרת ב-Nature.com. לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכת CSS מוגבלת. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, אנו ממליצים להשתמש בגרסה חדשה יותר של הדפדפן שלך (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סטיילינג או JavaScript.
סרטי גרפיט בקנה מידה ננומטרי (NGFs) הם ננו-חומרים חזקים שניתן לייצר על ידי שקיעת אדים כימית קטליטית, אך נותרו שאלות לגבי קלות ההעברה שלהם וכיצד מורפולוגיה של פני השטח משפיעה על השימוש בהם במכשירים מהדור הבא. כאן אנו מדווחים על הצמיחה של NGF משני הצדדים של רדיד ניקל פולי-גבישי (שטח 55 סמ"ר, עובי כ-100 ננומטר) והעברה נטולת פולימרים שלו (מקדימה ומאחור, שטח עד 6 סמ"ר). בשל המורפולוגיה של רדיד הזרז, שני סרטי הפחמן נבדלים בתכונותיהם הפיזיקליות ובמאפיינים אחרים (כגון חספוס פני השטח). אנו מדגימים כי NGFs עם צד אחורי מחוספס יותר מתאימים היטב לזיהוי NO2, בעוד NGFs חלקים ומוליכים יותר בצד הקדמי (2000 S/cm, התנגדות גיליון - 50 אוהם/m2) יכולים להיות מוליכים קיימא. תעלה או אלקטרודה של התא הסולארי (שכן הוא מעביר 62% מהאור הנראה). בסך הכל, תהליכי הצמיחה וההובלה המתוארים עשויים לסייע במימוש NGF כחומר פחמן חלופי עבור יישומים טכנולוגיים שבהם סרטי גרפן וגרפיט בעובי מיקרון אינם מתאימים.
גרפיט הוא חומר תעשייתי בשימוש נרחב. יש לציין כי לגרפיט יש תכונות של צפיפות מסה נמוכה יחסית ומוליכות תרמית וחשמלית גבוהה במישור, והוא יציב מאוד בסביבות תרמיות וכימיות קשות1,2. פתית גרפיט הוא חומר מוצא ידוע לחקר גרפן3. כאשר הוא מעובד לסרטים דקים, ניתן להשתמש בו במגוון רחב של יישומים, כולל גופי קירור למכשירים אלקטרוניים כגון סמארטפונים4,5,6,7, כחומר פעיל בחיישנים8,9,10 ולהגנת הפרעות אלקטרומגנטיות11. 12 וסרטים לליתוגרפיה באולטרה סגול קיצוני13,14, מוליכים תעלות בתאים סולאריים15,16. עבור כל היישומים הללו, יהיה זה יתרון משמעותי אם ניתן יהיה לייצר ולהעביר בקלות שטחים גדולים של סרטי גרפיט (NGFs) עם עובי נשלט בקנה מידה ננומטרי <100 ננומטר.
סרטי גרפיט מיוצרים בשיטות שונות. במקרה אחד, הטבעה והרחבה ואחריה פילינג שימשו לייצור פתיתי גרפן10,11,17. יש לעבד את הפתיתים לסרטים בעובי הנדרש, ולעתים קרובות נדרשים מספר ימים לייצר יריעות גרפיט צפופות. גישה נוספת היא להתחיל עם קודמים מוצקים הניתנים לגרפיט. בתעשייה, יריעות של פולימרים מופחמות (ב-1000-1500 מעלות צלזיוס) ולאחר מכן עוברות גרפיט (ב-2800-3200 מעלות צלזיוס) ליצירת חומרים שכבות מובנים היטב. למרות שהאיכות של הסרטים הללו גבוהה, צריכת האנרגיה משמעותית1,18,19 והעובי המינימלי מוגבל לכמה מיקרונים1,18,19,20.
שקיעת אדים כימית קטליטית (CVD) היא שיטה ידועה לייצור סרטי גרפן וסרטי גרפיט דקים במיוחד (<10 ננומטר) עם איכות מבנית גבוהה ועלות סבירה21,22,23,24,25,26,27. עם זאת, בהשוואה לגידול של גרפן וסרטי גרפיט דקים במיוחד28, גידול בשטח גדול ו/או יישום של NGF באמצעות CVD נחקר עוד פחות 11,13,29,30,31,32,33.
לעתים קרובות יש להעביר סרטי גרפן וגרפיט שגדלו ב-CVD למצעים פונקציונליים34. העברות סרט דק אלה כרוכות בשתי שיטות עיקריות35: (1) העברה ללא חריטה36,37 ו-(2) העברה כימית רטובה מבוססת תחריט (נתמכת מצע)14,34,38. לכל שיטה יש כמה יתרונות וחסרונות ויש לבחור אותה בהתאם ליישום המיועד, כמתואר במקומות אחרים35,39. עבור סרטי גרפן/גרפיט הגדלים על מצעים קטליטיים, העברה באמצעות תהליכים כימיים רטובים (שמתוכם פולימתיל מתאקרילט (PMMA) היא שכבת התמיכה הנפוצה ביותר) נותרה הבחירה הראשונה13,30,34,38,40,41,42. אתה וחב'. צוין כי לא נעשה שימוש בפולימר להעברת NGF (גודל דגימה כ-4 סמ"ר)25,43, אך לא נמסרו פרטים לגבי יציבות הדגימה ו/או הטיפול במהלך ההעברה; תהליכי כימיה רטובה באמצעות פולימרים מורכבים ממספר שלבים, כולל יישום והסרה לאחר מכן של שכבת פולימר קורבן30,38,40,41,42. לתהליך זה יש חסרונות: למשל, שאריות פולימר יכולות לשנות את תכונות הסרט הגדל38. עיבוד נוסף יכול להסיר שאריות פולימר, אך שלבים נוספים אלה מגדילים את העלות והזמן של ייצור הסרט38,40. במהלך גידול CVD, שכבת גרפן מונחת לא רק בצד הקדמי של רדיד הזרז (הצד הפונה לזרימת הקיטור), אלא גם בצדו האחורי. עם זאת, האחרון נחשב למוצר פסולת וניתן להסירו במהירות על ידי פלזמה רכה38,41. מיחזור הסרט הזה יכול לעזור למקסם את התפוקה, גם אם הוא באיכות נמוכה יותר מסרט פחמן פנים.
כאן אנו מדווחים על הכנת גידול דו-פנים בקנה מידה רקיק של NGF עם איכות מבנית גבוהה על רדיד ניקל פולי-גבישי על ידי CVD. הוערך כיצד החספוס של המשטח הקדמי והאחורי של נייר הכסף משפיע על המורפולוגיה והמבנה של NGF. אנו גם מדגימים העברה חסכונית וידידותית לסביבה ללא פולימרים של NGF משני הצדדים של נייר כסף על גבי מצעים רב תכליתיים ומראים כיצד הסרטים הקדמיים והאחוריים מתאימים ליישומים שונים.
הסעיפים הבאים דנים בעובי סרטי גרפיט שונים בהתאם למספר שכבות הגרפן המוערמות: (i) גרפן שכבה אחת (SLG, שכבה אחת), (ii) מעט שכבות גרפן (FLG, < 10 שכבות), (iii) גרפן רב-שכבתי ( MLG, 10-30 שכבות) ו-(iv) NGF (~300 שכבות). האחרון הוא העובי הנפוץ ביותר מבוטא כאחוז שטח (כ-97% שטח ל-100 מיקרומטר2)30. לכן כל הסרט נקרא פשוט NGF.
לרדיד ניקל פולי-גבישי המשמש לסינתזה של סרטי גרפן וגרפיט יש מרקמים שונים כתוצאה מייצורם ועיבודם לאחר מכן. לאחרונה דיווחנו על מחקר לייעול תהליך הצמיחה של NGF30. אנו מראים כי פרמטרים של תהליך כגון זמן חישול ולחץ תא במהלך שלב הצמיחה ממלאים תפקיד קריטי בהשגת NGFs בעובי אחיד. כאן, חקרנו עוד את הצמיחה של NGF על משטחים קדמיים מלוטשים (FS) ואחוריים לא מלוטשים (BS) של רדיד ניקל (איור 1a). נבדקו שלושה סוגים של דגימות FS ו-BS, המפורטות בטבלה 1. בבדיקה ויזואלית, ניתן לראות צמיחה אחידה של NGF משני צידי רדיד הניקל (NiAG) על ידי שינוי הצבע של מצע ה-Ni בתפזורת מכסף מתכתי אופייני אפור עד צבע אפור מט (איור 1א); אושרו מדידות מיקרוסקופיות (איור 1b, ג). ספקטרום ראמאן טיפוסי של FS-NGF שנצפה באזור הבהיר ומסומן על ידי חיצים אדומים, כחולים וכתום באיור 1b מוצג באיור 1c. פסגות הרמאן האופייניות של גרפיט G (1683 ס"מ-1) ו-2D (2696 ס"מ-1) מאשרות את הצמיחה של NGF גבישי מאוד (איור 1c, טבלה SI1). במהלך הסרט, נצפתה דומיננטיות של ספקטרום ראמאן עם יחס עוצמה (I2D/IG) ~0.3, בעוד ספקטרות ראמאן עם I2D/IG = 0.8 נצפו רק לעתים רחוקות. היעדר פסגות פגומות (D = 1350 ס"מ-1) בסרט כולו מעיד על האיכות הגבוהה של צמיחת NGF. תוצאות ראמאן דומות התקבלו על מדגם BS-NGF (איור SI1 a ו-b, טבלה SI1).
השוואה של NiAG FS- ו-BS-NGF: (א) צילום של דגימת NGF (NiAG) טיפוסית המציגה צמיחת NGF בקנה מידה פרוסות (55 סמ"ר) ואת דגימות רדיד ה-BS-ו-FS-Ni שהתקבלו, (ב) FS-NGF תמונות/ Ni שהתקבלו במיקרוסקופ אופטי, (ג) ספקטרות ראמאן טיפוסיות שנקלטו במיקומים שונים בלוח b, (d, f) תמונות SEM בהגדלות שונות ב-FS-NGF/Ni, (e, g) תמונות SEM בהגדלות שונות קובע BS -NGF/Ni. החץ הכחול מציין את אזור ה-FLG, החץ הכתום מציין את אזור ה-MLG (ליד אזור ה-FLG), החץ האדום מציין את אזור ה-NGF, והחץ בצבע מגנטה מציין את הקיפול.
מכיוון שהצמיחה תלויה בעובי המצע הראשוני, גודל הגביש, האוריינטציה וגבולות התבואה, השגת שליטה סבירה בעובי NGF על פני שטחים גדולים נותרה אתגר20,34,44. מחקר זה השתמש בתוכן שפרסמנו בעבר30. תהליך זה מייצר אזור בהיר של 0.1 עד 3% לכל 100 µm230. בסעיפים הבאים, אנו מציגים תוצאות עבור שני סוגי האזורים. תמונות SEM בהגדלה גבוהה מראות נוכחות של מספר אזורי ניגודיות בהירים משני הצדדים (איור 1f,g), מה שמצביע על נוכחותם של אזורי FLG ו-MLG30,45. זה אושר גם על ידי פיזור רמאן (איור 1c) ותוצאות TEM (נדונו מאוחר יותר בסעיף "FS-NGF: מבנה ומאפיינים"). ייתכן שאזורי ה-FLG וה-MLG שנצפו בדגימות FS- ו-BS-NGF/Ni (NGF קדמי ואחורי שגדל על Ni) גדלו על גרגרי Ni(111) גדולים שנוצרו במהלך חישול טרום-22,30,45. משני הצדדים נצפה קיפול (איור 1b, מסומן בחצים סגולים). קפלים אלה נמצאים לעתים קרובות בסרטי גרפן וגרפיט שגדלו ב-CVD בשל ההבדל הגדול במקדם ההתפשטות התרמית בין הגרפיט למצע הניקל30,38.
תמונת AFM אישרה שדגימת FS-NGF שטוחה יותר מדגימת BS-NGF (איור SI1) (איור SI2). ערכי החספוס הממוצע של השורש (RMS) של FS-NGF/Ni (איור SI2c) ו-BS-NGF/Ni (איור SI2d) הם 82 ו-200 ננומטר, בהתאמה (נמדד על פני שטח של 20 × 20 מיקרומטר2). ניתן להבין את החספוס הגבוה יותר על סמך ניתוח פני השטח של רדיד הניקל (NiAR) במצב כפי שהתקבל (איור SI3). תמונות SEM של FS ו-BS-NiAR מוצגות באיורים SI3a–d, המדגימות מורפולוגיות משטח שונות: לרדיד FS-Ni מלוטש יש חלקיקים כדוריים בגודל ננו ומיקרון, בעוד שרדיד BS-Ni לא מלוטש מציג סולם ייצור. כחלקיקים בעלי חוזק גבוה. וירידה. תמונות ברזולוציה נמוכה וגבוהה של רדיד ניקל מחושל (NiA) מוצגות באיור SI3e–h. באיורים אלה, אנו יכולים לראות את נוכחותם של מספר חלקיקי ניקל בגודל מיקרון משני צידי רדיד הניקל (איור SI3e–h). גרגרים גדולים עשויים להיות בעלי כיוון פני השטח Ni(111), כפי שדווח בעבר30,46. ישנם הבדלים משמעותיים במורפולוגיה של רדיד ניקל בין FS-NiA ו-BS-NiA. החספוס הגבוה יותר של BS-NGF/Ni נובע מהמשטח הלא מלוטש של BS-NiAR, פני השטח שלו נשאר מחוספס באופן משמעותי גם לאחר חישול (איור SI3). סוג זה של אפיון פני השטח לפני תהליך הצמיחה מאפשר לשלוט בחספוס של סרטי גרפן וגרפיט. יש לציין שהמצע המקורי עבר ארגון מחדש של גרגירים במהלך צמיחת הגרפן, מה שהקטין מעט את גודל הגרגיר והגדיל במקצת את חספוס פני השטח של המצע בהשוואה לרדיד החישול וסרט הזרז22.
כוונון עדין של חספוס פני המצע, זמן חישול (גודל גרגר) 30,47 ובקרת שחרור43 יסייע להפחית את אחידות עובי ה-NGF האזורית לסולם µm2 ו/או אפילו nm2 (כלומר, שינויים בעובי של כמה ננומטרים). כדי לשלוט בחספוס פני השטח של המצע, ניתן לשקול שיטות כגון ליטוש אלקטרוליטי של רדיד הניקל שנוצר48. לאחר מכן ניתן לחשל את רדיד הניקל שעבר טיפול מוקדם בטמפרטורה נמוכה יותר (<900 מעלות צלזיוס) 46 ובזמן (<5 דקות) כדי למנוע היווצרות של גרגרי Ni(111) גדולים (מה שמועיל לצמיחת FLG).
גרפן SLG ו-FLG אינם מסוגלים לעמוד במתח פני השטח של חומצות ומים, מה שדורש שכבות תמיכה מכניות במהלך תהליכי העברה כימית רטובים22,34,38. בניגוד להעברה כימית רטובה של גרפן חד-שכבתי הנתמך בפולימר38, מצאנו שניתן להעביר את שני הצדדים של ה-NGF כפי שגדל ללא תמיכת פולימר, כפי שמוצג באיור 2a (ראה איור SI4a לפרטים נוספים). העברת NGF למצע נתון מתחילה עם תחריט רטוב של הסרט הבסיסי Ni30.49. דגימות ה-NGF/Ni/NGF שגדלו הונחו במשך הלילה ב-15 מ"ל של 70% HNO3 מדולל ב-600 מ"ל של מים מפושטים (DI). לאחר המסת נייר ה-Ni לחלוטין, FS-NGF נשאר שטוח וצף על פני הנוזל, בדיוק כמו דגימת NGF/Ni/NGF, בעוד BS-NGF טבול במים (איור 2a,b). לאחר מכן ה-NGF המבודד הועבר מכוס אחת שהכילה מים דה-יונים טריים לכוס אחרת וה-NGF המבודד נשטף ביסודיות, חזור ארבע עד שש פעמים דרך צלחת הזכוכית הקעור. לבסוף, FS-NGF ו-BS-NGF הונחו על המצע הרצוי (איור 2c).
תהליך העברת כימיקלים רטובים ללא פולימרים עבור NGF שגדל על רדיד ניקל: (א) דיאגרמת זרימת תהליך (ראה איור SI4 לפרטים נוספים), (ב) צילום דיגיטלי של NGF מופרד לאחר תחריט Ni (2 דוגמאות), (ג) דוגמה FS – והעברת BS-NGF למצע SiO2/Si, (ד) העברת FS-NGF למצע פולימרי אטום, (ה) BS-NGF מאותה דגימה כמו פאנל d (מחולק לשני חלקים), הועברה לנייר C מצופה זהב ו-Nafion (מצע שקוף גמיש, קצוות מסומנים בפינות אדומות).
שימו לב שהעברת SLG המבוצעת בשיטות העברה כימיות רטובות דורשת זמן עיבוד כולל של 20-24 שעות 38 . עם טכניקת ההעברה נטולת הפולימרים המודגמת כאן (איור SI4a), זמן העיבוד הכולל של העברת NGF מצטמצם באופן משמעותי (כ-15 שעות). התהליך מורכב מ: (שלב 1) הכן תמיסת תחריט והנח את הדגימה בתוכה (~10 דקות), ואז המתן לילה לחריטת Ni (~7200 דקות), (שלב 2) שטיפה במים מפושטים (שלב - 3) . אחסן במים דה-יונים או העבר למצע המטרה (20 דקות). מים שנלכדו בין ה-NGF למטריצה ​​בתפזורת מוסרים בפעולה נימית (באמצעות נייר סופג)38, לאחר מכן מוסרות טיפות המים הנותרות בייבוש טבעי (כ-30 דקות), ולבסוף הדגימה מיובשת למשך 10 דקות. דקות בתנור ואקום (10-1 מ"ר) ב-50-90 מעלות צלזיוס (60 דקות) 38.
גרפיט ידוע כעמיד בנוכחות מים ואוויר בטמפרטורות גבוהות למדי (≥ 200 מעלות צלזיוס) 50,51,52. בדקנו דגימות באמצעות ספקטרוסקופיה של ראמאן, SEM ו-XRD לאחר אחסון במים מופחתים בטמפרטורת החדר ובבקבוקים אטומים לכל מקום בין מספר ימים לשנה אחת (איור SI4). אין השפלה ניכרת. איור 2c מציג FS-NGF ו-BS-NGF עצמאיים במים דה-יונים. תפסנו אותם על מצע SiO2 (300 ננומטר)/Si, כפי שמוצג בתחילת איור 2c. בנוסף, כפי שמוצג באיור 2d,e, ניתן להעביר NGF רציף למצעים שונים כגון פולימרים (Thermabright polyamide מ-Nexolve and Nafion) ונייר פחמן מצופה זהב. ה-FS-NGF הצף הונח בקלות על מצע המטרה (איור 2c, ד). עם זאת, דגימות BS-NGF גדולות מ-3 סמ"ר היו קשות לטיפול כשהן טבולות לחלוטין במים. בדרך כלל, כשהם מתחילים להתגלגל במים, עקב טיפול לא זהיר הם לפעמים נשברים לשניים או שלושה חלקים (איור 2ה). בסך הכל, הצלחנו להשיג העברה נטולת פולימרים של PS- ו-BS-NGF (העברה רציפה ללא תפרים ללא גידול NGF/Ni/NGF ב-6 סמ"ר) עבור דגימות בשטח של עד 6 ו-3 סמ"ר, בהתאמה. ניתן לראות את כל החלקים הגדולים או הקטנים שנותרו (בקלות בתמיסת התחריט או במים מופחתים) על המצע הרצוי (~1 מ"מ, איור SI4b, ראה דוגמה שהועברה לרשת נחושת כמו ב"FS-NGF: מבנה ומאפיינים (נדון) תחת "מבנה ומאפיינים") או אחסן לשימוש עתידי (איור SI4). בהתבסס על קריטריון זה, אנו מעריכים שניתן לשחזר NGF בתשואות של עד 98-99% (לאחר גידול להעברה).
דגימות העברה ללא פולימר נותחו בפירוט. מאפיינים מורפולוגיים של פני השטח שהושגו על FS- ו-BS-NGF/SiO2/Si (איור 2c) באמצעות מיקרוסקופיה אופטית (OM) ותמונות SEM (איור SI5 ואיור 3) הראו כי דגימות אלו הועברו ללא מיקרוסקופיה. נזק מבני גלוי כגון סדקים, חורים או אזורים לא מגולגלים. הקפלים על ה-NGF הגדל (איור 3b, d, מסומן בחצים סגולים) נותרו שלמים לאחר ההעברה. גם FS- וגם BS-NGFs מורכבים מאזורי FLG (אזורים בהירים מסומנים על ידי חיצים כחולים באיור 3). באופן מפתיע, בניגוד לאזורים הפגועים המועטים שנצפו בדרך כלל במהלך העברת פולימרים של סרטי גרפיט דקים במיוחד, כמה אזורי FLG ו-MLG בגודל מיקרון המתחברים ל-NGF (מסומנים בחצים כחולים באיור 3d) הועברו ללא סדקים או שברים (איור 3d) . 3). . שלמות מכנית אושרה עוד יותר באמצעות תמונות TEM ו-SEM של NGF שהועברו לרשתות נחושת תחרה-פחמן, כפי שנדון מאוחר יותר ("FS-NGF: Structure and Properties"). BS-NGF/SiO2/Si המועבר מחוספס יותר מ-FS-NGF/SiO2/Si עם ערכי rms של 140 ננומטר ו-17 ננומטר, בהתאמה, כפי שמוצג באיור SI6a ו-b (20 × 20 מיקרומטר2). ערך ה-RMS של NGF המועבר למצע SiO2/Si (RMS < 2 ננומטר) נמוך משמעותית (כפי 3) מזה של NGF שגדל על Ni (איור SI2), מה שמצביע על כך שהחספוס הנוסף עשוי להתאים למשטח ה-Ni. בנוסף, תמונות AFM שבוצעו על הקצוות של דגימות FS- ו-BS-NGF/SiO2/Si הראו עובי NGF של 100 ו-80 ננומטר, בהתאמה (איור SI7). העובי הקטן יותר של BS-NGF עשוי להיות תוצאה מכך שהמשטח לא נחשף ישירות לגז המבשר.
הועבר NGF (NiAG) ללא פולימר על רקיקת SiO2/Si (ראה איור 2c): (א,ב) תמונות SEM של FS-NGF מועבר: הגדלה נמוכה וגבוהה (המקבילה לריבוע הכתום בפאנל). אזורים אופייניים) – א). (ג,ד) תמונות SEM של BS-NGF מועבר: הגדלה נמוכה וגבוהה (המקבילה לאזור הטיפוסי שמוצג על ידי הריבוע הכתום בלוח ג). (ה, ו) תמונות AFM של FS- ו-BS-NGFs שהועברו. חץ כחול מייצג את אזור FLG - ניגודיות בהירה, חץ ציאן - ניגודיות MLG שחורה, חץ אדום - ניגודיות שחורה מייצגת את אזור NGF, חץ מגנטה מייצג את הקפל.
ההרכב הכימי של ה-FS-ו-BS-NGFs הגדלים והמועברים נותח באמצעות ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון-רנטגן (XPS) (איור 4). שיא חלש נצפתה בספקטרום הנמדד (איור 4a, ב), התואם למצע ה-Ni (850 eV) של ה-FS-ו-BS-NGFs הגדלים (NiAG). אין פסגות בספקטרום הנמדד של FS- ו-BS-NGF/SiO2/Si המועברים (איור 4c; תוצאות דומות עבור BS-NGF/SiO2/Si אינן מוצגות), מה שמצביע על כך שאין זיהום Ni שיורי לאחר ההעברה . איורים 4d-f מציגים את הספקטרום ברזולוציה גבוהה של רמות האנרגיה C 1 s, O 1 s ו- Si 2p של FS-NGF/SiO2/Si. אנרגיית הקישור של C 1 s של גרפיט היא 284.4 eV53.54. הצורה הליניארית של פסגות גרפיט נחשבת בדרך כלל לא-סימטרית, כפי שמוצג באיור 4d54. ספקטרום הליבה ברזולוציה גבוהה של C 1 s (איור 4ד) אישר גם העברה טהורה (כלומר, ללא שאריות פולימר), מה שעולה בקנה אחד עם מחקרים קודמים38. רוחבי הקו של ספקטרום C 1 של המדגם שגדל טרי (NiAG) ולאחר ההעברה הם 0.55 ו-0.62 eV, בהתאמה. ערכים אלו גבוהים מאלה של SLG (0.49 eV עבור SLG על מצע SiO2)38. עם זאת, ערכים אלה קטנים יותר מרוחב הקו שדווחו בעבר עבור דגימות גרפן פירוליטיות בעלות אוריינטציה גבוהה (~0.75 eV) 53,54,55, מה שמצביע על היעדר אתרי פחמן פגומים בחומר הנוכחי. גם ספקטרום רמת הקרקע של C 1 s ו- O 1 s חסרות כתפיים, מה שמבטל את הצורך ב-deconvolution של שיא ברזולוציה גבוהה54. יש שיא לווין π → π* בסביבות 291.1 eV, הנצפה לעתים קרובות בדגימות גרפיט. האותות של 103 eV ו-532.5 eV בספקטרום רמת הליבה של Si 2p ו- O 1 s (ראה איור 4e, f) מיוחסים למצע SiO2 56, בהתאמה. XPS היא טכניקה רגישה למשטח, כך שהאותות התואמים ל-Ni ול-SiO2 שזוהו לפני ואחרי העברת NGF, בהתאמה, מניחים שמקורם באזור FLG. תוצאות דומות נצפו עבור דגימות BS-NGF שהועברו (לא מוצג).
תוצאות NiAG XPS: (ac) ספקטרום סקר של הרכבים אטומיים אלמנטריים שונים של FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni והועבר FS-NGF/SiO2/Si, בהתאמה. (d-f) ספקטרום ברזולוציה גבוהה של רמות הליבה C 1 s, O 1s ו- Si 2p של מדגם FS-NGF/SiO2/Si.
האיכות הכוללת של גבישי ה-NGF שהועברו הוערכה באמצעות דיפרקציית רנטגן (XRD). דפוסי XRD אופייניים (איור SI8) של FS- ו-BS-NGF/SiO2/Si מועברים מראים נוכחות של פסגות עקיפה (0 0 0 2) ו- (0 0 0 4) ב-26.6° ו-54.7°, בדומה לגרפיט. . זה מאשר את האיכות הגבישית הגבוהה של NGF ומתאים למרחק בין השכבות של d = 0.335 ננומטר, שנשמר לאחר שלב ההעברה. עוצמת שיא העקיפה (0 0 0 2) היא בערך פי 30 מזו של שיא העקיפה (0 0 0 4), מה שמצביע על כך שמישור הגביש של NGF מיושר היטב עם פני הדגימה.
על פי תוצאות SEM, Raman ספקטרוסקופיה, XPS ו-XRD, האיכות של BS-NGF/Ni נמצאה זהה לזו של FS-NGF/Ni, אם כי החספוס ה-rms שלו היה מעט גבוה יותר (איורים SI2, SI5) ו-SI7).
SLGs עם שכבות תמיכה פולימריות בעובי של עד 200 ננומטר יכולים לצוף על המים. התקנה זו משמשת בדרך כלל בתהליכי העברה כימית רטובה בסיוע פולימרים22,38. הגרפן והגרפיט הינם הידרופוביים (זווית רטובה 80-90°) 57 . משטחי האנרגיה הפוטנציאלית של גרפן וגם של FLG דווחו שטוחים למדי, עם אנרגיה פוטנציאלית נמוכה (~1 קילו ג'ל/מול) לתנועה הצידית של מים על פני השטח58. עם זאת, אנרגיות האינטראקציה המחושבות של מים עם גרפן ושלוש שכבות של גרפן הן בקירוב - 13 ו - 15 kJ/mol,58 בהתאמה, מה שמצביע על כך שהאינטראקציה של מים עם NGF (כ-300 שכבות) נמוכה יותר בהשוואה לגרפן. זו עשויה להיות אחת הסיבות לכך ש-NGF עצמאי נשאר שטוח על פני המים, בעוד שגרפן עצמאי (שצף במים) מתכרבל ומתפרק. כאשר NGF טבול לחלוטין במים (התוצאות זהות עבור NGF גס ושטוח), הקצוות שלו מתכופפים (איור SI4). במקרה של טבילה מלאה, צפוי כי אנרגיית האינטראקציה של NGF-מים כמעט מוכפלת (בהשוואה ל-NGF צף) ושקצוות ה-NGF מתקפלים כדי לשמור על זווית מגע גבוהה (הידרופוביות). אנו מאמינים שניתן לפתח אסטרטגיות כדי להימנע מסלסול הקצוות של NGFs משובצים. גישה אחת היא להשתמש בממיסים מעורבים כדי לווסת את תגובת ההרטבה של סרט הגרפיט59.
העברה של SLG לסוגים שונים של מצעים באמצעות תהליכי העברה כימיים רטובים דווחה בעבר. מקובל בדרך כלל שכוחות ואן דר ואלס חלשים קיימים בין סרטי גרפן/גרפיט למצעים (בין אם זה מצעים קשיחים כגון SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, עמודי Si22 וסרטי פחמן תחרה30, 34 או מצעים גמישים כגון פוליאמיד 37). כאן אנו מניחים שאינטראקציות מאותו סוג שולטות. לא ראינו כל נזק או קילוף של NGF עבור אף אחד מהמצעים המוצגים כאן במהלך טיפול מכני (במהלך אפיון בתנאי ואקום ו/או אטמוספריים או במהלך אחסון) (למשל, איור 2, SI7 ו-SI9). בנוסף, לא ראינו שיא SiC בספקטרום XPS C 1 של רמת הליבה של מדגם NGF/SiO2/Si (איור 4). תוצאות אלו מצביעות על כך שאין קשר כימי בין NGF למצע המטרה.
בסעיף הקודם, "העברה ללא פולימרים של FS- ו-BS-NGF", הדגמנו ש-NGF יכול לגדול ולהעביר משני הצדדים של נייר כסף ניקל. FS-NGFs ו-BS-NGFs אלה אינם זהים מבחינת חספוס פני השטח, מה שגרם לנו לבחון את היישומים המתאימים ביותר לכל סוג.
בהתחשב בשקיפות ובמשטח החלק יותר של FS-NGF, למדנו ביתר פירוט את המבנה המקומי, המאפיינים האופטיים והחשמליים שלו. המבנה והמבנה של FS-NGF ללא העברת פולימר אופיינו על ידי הדמיה של מיקרוסקופיה אלקטרונית (TEM) וניתוח דפוסי עקיפות אלקטרונים באזור נבחר (SAED). התוצאות המתאימות מוצגות באיור 5. הדמיית TEM מישורית בהגדלה נמוכה חשפה את נוכחותם של אזורי NGF ו-FLG עם מאפיינים שונים של ניגודיות אלקטרונים, כלומר אזורים כהים יותר ובהירים יותר, בהתאמה (איור 5a). הסרט בסך הכל מציג שלמות מכנית טובה ויציבות בין האזורים השונים של NGF ו-FLG, עם חפיפה טובה וללא נזק או קריעה, מה שאושר גם על ידי SEM (איור 3) ומחקרי TEM בהגדלה גבוהה (איור 5c-e). בפרט, באיור 5d מציג את מבנה הגשר בחלקו הגדול ביותר (המיקום המסומן על ידי החץ המנוקד השחור באיור 5d), המאופיין בצורה משולשת ומורכב משכבת ​​גרפן ברוחב של כ-51 . הרכב עם מרווח בין מישורי של 0.33 ± 0.01 ננומטר מצטמצם עוד יותר למספר שכבות של גרפן באזור הצר ביותר (קצה החץ השחור המוצק באיור 5 ד).
תמונת TEM מישורית של דגימת NiAG ללא פולימרים על רשת נחושת פחמנית: (א, ב) תמונות TEM בהגדלה נמוכה כולל אזורי NGF ו-FLG, (ce) תמונות בהגדלה גבוהה של אזורים שונים בפאנל-a ופאנל-b הם חיצים מסומנים באותו צבע. חיצים ירוקים בלוחות a ו-c מציינים אזורים עגולים של נזק במהלך יישור הקורה. (f–i) בפאנלים a עד c, דפוסי SAED באזורים שונים מסומנים באמצעות עיגולים כחולים, ציאן, כתומים ואדומים, בהתאמה.
מבנה הסרט באיור 5c מציג (מסומן בחץ אדום) את הכיוון האנכי של מישורי הסריג הגרפיט, אשר עשוי לנבוע מהיווצרות של ננו-קפלים לאורך הסרט (מוכנס באיור 5c) עקב עודף מתח גזירה ללא פיצוי30,61,62 . תחת TEM ברזולוציה גבוהה, ננו-קפלים אלה 30 מציגים אוריינטציה קריסטלוגרפית שונה משאר אזור ה-NGF; המישורים הבסיסיים של סריג הגרפיט מכוונים כמעט אנכית, ולא אופקית כמו שאר הסרט (מוכנס באיור 5c). באופן דומה, אזור FLG מציג מדי פעם קפלים דמויי פס ליניאריים וצרים (מסומנים בחצים כחולים), המופיעים בהגדלה נמוכה ובינונית באיורים 5b, 5e, בהתאמה. ההוספה באיור 5e מאשרת את נוכחותן של שכבות גרפן דו-ותלת-שכבתיות בגזרת FLG (מרחק בין מישורי 0.33 ± 0.01 ננומטר), מה שמתאים היטב לתוצאות הקודמות שלנו30. בנוסף, תמונות SEM מוקלטות של NGF נטול פולימרים שהועברו לרשתות נחושת עם סרטי פחמן תחרה (לאחר ביצוע מדידות TEM במבט עליון) מוצגות באיור SI9. אזור ה-FLG התלוי היטב (מסומן בחץ כחול) והאזור השבור באיור SI9f. החץ הכחול (בקצה ה-NGF המועבר) מוצג בכוונה כדי להדגים שאזור ה-FLG יכול להתנגד לתהליך ההעברה ללא פולימר. לסיכום, תמונות אלו מאשרות כי NGF מושעה חלקית (כולל אזור FLG) שומר על שלמות מכנית גם לאחר טיפול קפדני וחשיפה לוואקום גבוה במהלך מדידות TEM ו-SEM (איור SI9).
בשל השטיחות המצוינת של NGF (ראה איור 5a), לא קשה לכוון את הפתיתים לאורך ציר התחום [0001] כדי לנתח את מבנה SAED. בהתאם לעובי המקומי של הסרט ומיקומו, זוהו מספר אזורי עניין (12 נקודות) למחקרי עקיפה של אלקטרונים. באיורים 5a-c, ארבעה מהאזורים האופייניים הללו מוצגים ומסומנים בעיגולים צבעוניים (בקוד כחול, ציאן, כתום ואדום). איורים 2 ו-3 עבור מצב SAED. איורים 5f ו-g התקבלו מאזור FLG המוצג באיורים 5 ו-5. כפי שמוצג באיורים 5b ו-c, בהתאמה. יש להם מבנה משושה הדומה לגרפן מעוות63. בפרט, איור 5f מציג שלוש תבניות משולבות עם כיוון זהה של ציר האזור [0001], המסובבים ב-10° ו-20°, כפי שמעידה על חוסר ההתאמה הזווית של שלושת הזוגות של השתקפויות (10-10). באופן דומה, איור 5g מציג שני דפוסי משושה מובנים המסובבים ב-20 מעלות. שתיים או שלוש קבוצות של תבניות משושה באזור FLG יכולות לנבוע משלוש שכבות גרפן במישור או מחוץ למישור 33 המסובבות זו לזו. לעומת זאת, תבניות עקיפות האלקטרונים באיור 5h,i (המקבילות לאזור ה-NGF המוצג באיור 5a) מציגות דפוס אחד [0001] עם עוצמת עקיפה כללית גבוהה יותר, התואמת לעובי חומר גדול יותר. מודלים אלה של SAED תואמים למבנה גרפיטי עבה יותר ולאוריינטציה בינונית מאשר FLG, כפי שמסיק ממדד 64. אפיון המאפיינים הגבישיים של NGF חשף את הדו-קיום של שניים או שלושה גבישי גרפיט (או גרפן). מה שראוי לציון במיוחד באזור ה-FLG הוא שלגבישים יש מידה מסוימת של כיוון מוטעה במישור או מחוץ למטוס. חלקיקי/שכבות גרפיט עם זוויות סיבוב במישור של 17°, 22° ו-25° דווחו בעבר עבור NGF שגדל על סרטי Ni 64. ערכי זווית הסיבוב שנצפו במחקר זה תואמים לזוויות הסיבוב שנצפו בעבר (±1°) עבור גרפן BLG63 מעוות.
המאפיינים החשמליים של NGF/SiO2/Si נמדדו ב-300 K על פני שטח של 10×3 מ"מ. הערכים של ריכוז נושאי אלקטרונים, ניידות ומוליכות הם 1.6 × 1020 ס"מ-3, 220 ס"מ2 V-1 C-1 ו-2000 S-cm-1, בהתאמה. ערכי הניידות והמוליכות של ה-NGF שלנו דומים לגרפיט טבעי2 וגבוהים יותר מאשר גרפיט פירוליטי בעל אוריינטציה גבוהה זמין מסחרית (מיוצר ב-3000 מעלות צלזיוס)29. ערכי ריכוז נושאי האלקטרונים שנצפו גבוהים בשני סדרי גודל מאלה שדווחו לאחרונה (7.25 × 10 ס"מ-3) עבור סרטי גרפיט בעובי מיקרון שהוכנו באמצעות יריעות פוליאמיד בטמפרטורה גבוהה (3200 מעלות צלזיוס) 20 .
ביצענו גם מדידות שידור גלויות ל-UV על FS-NGF שהועבר למצעי קוורץ (איור 6). הספקטרום המתקבל מראה שידור כמעט קבוע של 62% בטווח 350-800 ננומטר, מה שמצביע על כך ש-NGF שקוף לאור הנראה. למעשה, ניתן לראות את השם "KAUST" בתצלום הדיגיטלי של המדגם באיור 6b. למרות שהמבנה הננו-גבישי של NGF שונה מזה של SLG, ניתן להעריך באופן גס את מספר השכבות באמצעות הכלל של אובדן שידור של 2.3% לשכבה נוספת65. על פי קשר זה, מספר שכבות הגרפן עם אובדן שידור של 38% הוא 21. ה-NGF הגדל מורכב בעיקר מ-300 שכבות גרפן, כלומר בעובי של כ-100 ננומטר (איור 1, SI5 ו-SI7). לכן, אנו מניחים שהשקיפות האופטית הנצפית תואמת את אזורי ה-FLG וה-MLG, מכיוון שהם מופצים לאורך הסרט (איורים 1, 3, 5 ו-6c). בנוסף לנתונים המבניים לעיל, מוליכות ושקיפות גם מאשרות את האיכות הגבישית הגבוהה של ה-NGF המועבר.
(א) מדידת העברה הנראית לעין UV, (ב) העברת NGF טיפוסית על קוורץ באמצעות מדגם מייצג. (ג) סכמטי של NGF (קופסה כהה) עם אזורי FLG ו-MLG מפוזרים באופן שווה כצורות אקראיות אפורות לאורך המדגם (ראה איור 1) (כ-0.1-3% שטח לכל 100 מיקרומטר2). הצורות האקראיות והגדלים שלהן בתרשים הם להמחשה בלבד ואינם תואמים לאזורים בפועל.
NGF שקוף שגדל על ידי CVD הועבר בעבר למשטחי סיליקון חשופים והשתמש בתאים סולאריים15,16. יעילות המרת ההספק (PCE) המתקבלת היא 1.5%. NGFs אלה מבצעים פונקציות מרובות כגון שכבות תרכובות פעילות, מסלולי הובלת מטען ואלקטרודות שקופות15,16. עם זאת, סרט הגרפיט אינו אחיד. יש צורך באופטימיזציה נוספת על ידי שליטה קפדנית של התנגדות היריעות וההעברה האופטית של אלקטרודת הגרפיט, מכיוון ששתי התכונות הללו ממלאות תפקיד חשוב בקביעת ערך ה-PCE של התא הסולארי15,16. בדרך כלל, סרטי גרפן הם 97.7% שקופים לאור הנראה, אך יש להם התנגדות יריעה של 200-3000 אוהם/מ"ר. ניתן להפחית את התנגדות פני השטח של סרטי גרפן על ידי הגדלת מספר השכבות (העברה מרובה של שכבות גרפן) וסימום עם HNO3 (~30 אוהם/מרובע)66. עם זאת, תהליך זה אורך זמן רב ושכבות ההעברה השונות לא תמיד שומרות על מגע טוב. ל-NGF הצד הקדמי שלנו יש תכונות כגון מוליכות 2000 S/cm, התנגדות יריעות סרט 50 אוהם/מ"ר. ושקיפות של 62%, מה שהופך אותו לאלטרנטיבה בת קיימא עבור תעלות מוליכות או אלקטרודות נגדיות בתאים סולאריים15,16.
למרות שהמבנה וכימיה פני השטח של BS-NGF דומים ל-FS-NGF, החספוס שלו שונה ("גידול של FS- ו-BS-NGF"). בעבר השתמשנו בגרפיט 22 בסרט דק במיוחד כחיישן גז. לכן, בדקנו את היתכנות השימוש ב-BS-NGF למשימות חישת גז (איור SI10). ראשית, חלקים בגודל mm2 של BS-NGF הועברו אל שבב חיישן האלקטרודה המשתלב (איור SI10a-c). פרטי ייצור של השבב דווחו בעבר; האזור הרגיש הפעיל שלו הוא 9 מ"מ267. בתמונות SEM (איור SI10b ו-c), אלקטרודת הזהב הבסיסית נראית בבירור דרך ה-NGF. שוב, ניתן לראות כי הושג כיסוי שבב אחיד עבור כל הדגימות. מדידות חיישני גז של גזים שונים נרשמו (איור SI10d) (איור SI11) ושיעורי התגובה המתקבלים מוצגים באיורים. SI10g. סביר עם גזים מפריעים אחרים, כולל SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) ו-NH3 (200 ppm). סיבה אפשרית אחת היא NO2. אופי אלקטרופילי של הגז22,68. כאשר הוא נספג על פני השטח של גרפן, הוא מפחית את ספיגת הזרם של אלקטרונים על ידי המערכת. השוואה של נתוני זמן התגובה של חיישן BS-NGF עם חיישנים שפורסמו בעבר מוצגת בטבלה SI2. המנגנון להפעלה מחדש של חיישני NGF באמצעות פלזמה UV, פלזמה O3 או טיפול תרמי (50-150 מעלות צלזיוס) בדגימות חשופות נמשך, ובאופן אידיאלי אחריו יישום של מערכות משובצות69.
במהלך תהליך CVD, צמיחת גרפן מתרחשת משני הצדדים של מצע הזרז41. עם זאת, BS-גרפן נפלט בדרך כלל במהלך תהליך ההעברה41. במחקר זה, אנו מדגימים שניתן להשיג צמיחת NGF באיכות גבוהה והעברת NGF ללא פולימרים משני הצדדים של תמיכת הזרז. BS-NGF דק יותר (~80 ננומטר) מ-FS-NGF (~100 ננומטר), וההבדל הזה מוסבר על ידי העובדה ש-BS-Ni אינו חשוף ישירות לזרימת הגז המבשר. מצאנו גם שהחספוס של מצע NiAR משפיע על החספוס של ה-NGF. תוצאות אלו מצביעות על כך שה-FS-NGF המישורי הגדל יכול לשמש כחומר מבשר לגרפן (בשיטת פילינג70) או כתעלה מוליכה בתאים סולאריים15,16. לעומת זאת, BS-NGF ישמש לגילוי גז (איור SI9) ואולי למערכות אחסון אנרגיה71,72 שבהן חספוס פני השטח שלו יהיה שימושי.
בהתחשב באמור לעיל, כדאי לשלב את העבודה הנוכחית עם סרטי גרפיט שפורסמו בעבר שגדלו על ידי CVD ומשתמשים בניקל ניקל. כפי שניתן לראות בטבלה 2, הלחצים הגבוהים שבהם השתמשנו קיצרו את זמן התגובה (שלב הגדילה) אפילו בטמפרטורות נמוכות יחסית (בטווח של 850-1300 מעלות צלזיוס). השגנו גם צמיחה גדולה מהרגיל, מה שמצביע על פוטנציאל להתרחבות. ישנם גורמים נוספים שיש לקחת בחשבון, חלקם כללנו בטבלה.
NGF איכותי דו צדדי גדל על נייר כסף ניקל על ידי CVD קטליטי. על ידי ביטול מצעים פולימריים מסורתיים (כגון אלה המשמשים בגרפן CVD), אנו משיגים העברה רטובה נקייה וללא פגמים של NGF (הגדל בצד האחורי והקדמי של נייר כסף) למגוון מצעים קריטיים לתהליך. יש לציין כי NGF כולל אזורי FLG ו-MLG (בדרך כלל 0.1% עד 3% לכל 100 מיקרומטר2) המשולבים בצורה מבנית היטב בסרט העבה יותר. TEM מישורי מראה כי אזורים אלה מורכבים מערימות של שניים עד שלושה חלקיקי גרפיט/גרפן (גבישים או שכבות, בהתאמה), שלחלקם יש אי-התאמה סיבובית של 10-20°. אזורי FLG ו-MLG אחראים לשקיפות של FS-NGF לאור הנראה. באשר ליריעות האחוריות, ניתן לשאת אותן במקביל ליריעות הקדמיות וכפי שמוצג, יכולות להיות להם מטרה פונקציונלית (לדוגמה, לזיהוי גזים). מחקרים אלה שימושיים מאוד להפחתת בזבוז ועלויות בתהליכי CVD בקנה מידה תעשייתי.
באופן כללי, העובי הממוצע של CVD NGF נע בין (נמוכה ורב שכבתית) גרפן ויריעות גרפיט תעשייתיות (מיקרומטר). מגוון התכונות המעניינות שלהם, בשילוב עם השיטה הפשוטה שפיתחנו לייצור והובלה שלהם, הופכים את הסרטים הללו למתאימים במיוחד ליישומים הדורשים תגובה פונקציונלית של גרפיט, ללא חשבון תהליכי ייצור תעשייתיים עתירי אנרגיה המשמשים כיום.
רדיד ניקל בעובי 25 מיקרומטר (99.5% טוהר, Goodfellow) הותקן בכור מסחרי CVD (Aixtron 4 אינץ' BMPro). המערכת שטוקה בארגון ופונתה ללחץ בסיס של 10-3 מ"ר. לאחר מכן הונח נייר כסף. ב-Ar/H2 (לאחר חישול מראש של נייר ה-Ni במשך 5 דקות, נייר הכסף נחשף ללחץ של 500 mbar ב-900 מעלות צלזיוס. NGF הופקד בזרימה של CH4/H2 (100 cm3 כל אחד) למשך 5 דקות. לאחר מכן הדגימה מקוררת לטמפרטורה מתחת ל-700 מעלות צלזיוס באמצעות זרימת Ar (4000 סמ"ק) ב-40 מעלות צלזיוס/דקה. פרטים על אופטימיזציה של תהליך הצמיחה של NGF מתוארים במקומות אחרים30.
מורפולוגיה פני השטח של המדגם הוצגה על ידי SEM באמצעות מיקרוסקופ Zeiss Merlin (1 קילוואט, 50 pA). חספוס פני הדגימה ועובי NGF נמדדו באמצעות AFM (Dimension Icon SPM, Bruker). מדידות TEM ו-SAED בוצעו באמצעות מיקרוסקופ FEI Titan 80–300 Cubed מצויד באקדח פליטת שדה בהירות גבוהה (300 קילוואט), מונוכרומטור מסוג FEI Wien ומתקן סטייה כדורית של עדשת CEOS כדי להשיג את התוצאות הסופיות. רזולוציה מרחבית 0.09 ננומטר. דגימות NGF הועברו לרשתות נחושת מצופות תחרת פחמן לצורך הדמיה שטוחה של TEM וניתוח מבנה SAED. לפיכך, רוב פקקי המדגם תלויים בנקבוביות הממברנה התומכת. דגימות NGF שהועברו נותחו על ידי XRD. דפוסי עקיפה של קרני רנטגן התקבלו באמצעות דיפרקטומטר אבקה (Brucker, D2 מחליף פאזה עם מקור Cu Kα, 1.5418 Å וגלאי LYNXEYE) באמצעות מקור קרינת Cu בקוטר נקודת קרן של 3 מ"מ.
מספר מדידות נקודת ראמאן תועדו באמצעות מיקרוסקופ קונפוקאלי משלב (Alpha 300 RA, WITEC). לייזר 532 ננומטר עם כוח עירור נמוך (25%) שימש כדי למנוע השפעות תרמיות. ספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן (XPS) בוצעה בספקטרומטר Kratos Axis Ultra על שטח מדגם של 300 × 700 מיקרומטר 2 באמצעות קרינת Al Kα מונוכרומטית (hν = 1486.6 eV) בהספק של 150 W. ספקטרום רזולוציה התקבלו ב- אנרגיות שידור של 160 eV ו- 20 eV, בהתאמה. דגימות NGF שהועברו ל- SiO2 נחתכו לחתיכות (3 × 10 מ"מ כל אחת) באמצעות לייזר סיבי איטרביום PLS6MW (1.06 מיקרומטר) בעוצמה של 30 ואט. מגעי חוטי נחושת (עובי 50 מיקרומטר) יוצרו באמצעות משחת כסף תחת מיקרוסקופ אופטי. ניסויים של הובלה חשמלית ואפקט הול בוצעו על דגימות אלה ב-300 K ובשינוי שדה מגנטי של ± 9 טסלה במערכת מדידת מאפיינים פיזיקליים (PPMS EverCool-II, Quantum Design, ארה"ב). ספקטרום UV-vis משודר תועדו באמצעות ספקטרופוטומטר של Lambda 950 UV-vis בטווח 350-800 ננומטר NGF שהועברו למצעי קוורץ ודגימות ייחוס של קוורץ.
חיישן ההתנגדות הכימית (שבב אלקטרודה משולב) חובר ללוח מעגלים מודפס מותאם אישית 73 וההתנגדות חולצה באופן זמני. המעגל המודפס עליו ממוקם ההתקן מחובר למסופי המגעים וממוקם בתוך תא חישת הגז 74. מדידות התנגדות בוצעו במתח של 1 V בסריקה רציפה מניקוי לחשיפה לגז ולאחר מכן טיהור שוב. החדר נוקה בתחילה על ידי טיהור בחנקן ב-200 cm3 למשך שעה אחת כדי להבטיח הסרה של כל האנליטים האחרים שנמצאים בחדר, כולל לחות. האנליטים הבודדים שוחררו לאט לתוך החדר באותו קצב זרימה של 200 סמ"ק על ידי סגירת גליל N2.
גרסה מתוקנת של מאמר זה פורסמה וניתן לגשת אליה דרך הקישור בראש המאמר.
Inagaki, M. and Kang, F. חומרי פחמן מדע והנדסה: יסודות. מהדורה שניה ערוכה. 2014. 542.
פירסון, HO מדריך לפחמן, גרפיט, יהלום ופולרנים: מאפיינים, עיבוד ויישומים. המהדורה הראשונה עברה עריכה. 1994, ניו ג'רזי.
Tsai, W. et al. סרטי גרפן/גרפיט רב שכבתיים בשטח גדול כאלקטרודות מוליכות דקות שקופות. בַּקָשָׁה. פִיסִיקָה. רייט. 95(12), 123115(2009).
Balandin AA תכונות תרמיות של גרפן וחומרי פחמן בננו. נאט. מאט. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW ו-Cahill DG מוליכות תרמית של סרטי גרפיט שגדלו על Ni (111) על ידי שקיעת אדים כימית בטמפרטורה נמוכה. תוֹאַר הַפּוֹעֵל. מאט. ממשק 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. צמיחה מתמשכת של סרטי גרפן על ידי שקיעת אדים כימית. בַּקָשָׁה. פִיסִיקָה. רייט. 98(13), 133106(2011).