په Ni او د هغې دوه طرفه پولیمر وړیا لیږد باندې د مترقي ګرافیټ فلم وده کول

د Nature.com لیدلو لپاره مننه. د براوزر نسخه چې تاسو یې کاروئ محدود CSS ملاتړ لري. د غوره پایلو لپاره، موږ وړاندیز کوو چې تاسو د خپل براوزر نوې نسخه وکاروئ (یا په انټرنیټ اکسپلورر کې د مطابقت حالت غیر فعال کړئ). په ورته وخت کې، د روان ملاتړ ډاډ ترلاسه کولو لپاره، موږ سایټ پرته له سټایل یا جاواسکریپټ څخه ښکاره کوو.
د نانوسکل ګرافیت فلمونه (NGFs) قوي نانوومیټریالونه دي چې د کتلیتیک کیمیاوي بخاراتو د زیرمو لخوا تولید کیدی شي، مګر پوښتنې د دوی د لیږد اسانتیا او د سطحې مورفولوژي څنګه د راتلونکي نسل وسیلو کې د دوی کارول اغیزه کوي. دلته موږ د پولی کریسټالین نکل ورق په دواړو خواو کې د NGF وده راپور ورکوو (ساحه 55 cm2، ضخامت شاوخوا 100 nm) او د پولیمر وړیا لیږد (مخکې او شاته، تر 6 سانتي مترو پورې ساحه). د کتلست ورق د مورفولوژي له امله، دوه کاربن فلمونه د دوی په فزیکي ملکیتونو او نورو ځانګړتیاو کې توپیر لري (لکه د سطحې خرابوالی). موږ دا په ډاګه کوو چې NGFs د NO2 د کشف لپاره ښه مناسب دي، پداسې حال کې چې په مخکینۍ خوا کې نرم او ډیر لیږدونکي NGFs (2000 S/cm، د شیټ مقاومت - 50 ohms/m2) کیدای شي د اعتبار وړ کنډکټر وي. د لمریز حجرې چینل یا الکترود (ځکه چې دا د لید وړ رڼا 62٪ لیږدوي). په ټولیز ډول، تشریح شوي وده او ټرانسپورټ پروسې ممکن د ټیکنالوژیکي غوښتنلیکونو لپاره د بدیل کاربن موادو په توګه د NGF په پوهیدو کې مرسته وکړي چیرې چې ګرافین او د مایکرون - ګرافیت فلمونه مناسب ندي.
ګرافیت په پراخه کچه کارول شوي صنعتي توکي دي. د پام وړ، ګرافیت د نسبتا ټیټ ډله ایز کثافت او په الوتکه کې د حرارتي او بریښنایی چالکتیا لوړ ملکیت لري، او په سخت حرارتي او کیمیاوي چاپیریال کې خورا باثباته دی 1,2. فلیک ګرافائٹ د ګرافین څیړنې لپاره یو پیژندل شوی پیل شوی مواد دی. کله چې په پتلو فلمونو کې پروسس شي، دا په پراخه غوښتنلیکونو کې کارول کیدی شي، په شمول د بریښنایی وسیلو لپاره د تودوخې سنکونه لکه سمارټ فونز 4,5,6,7، په سینسر 8,9,10 کې د فعال موادو په توګه او د بریښنایی مقناطیسي مداخلې محافظت لپاره. 12 او د لیتوګرافي لپاره فلمونه په خورا الټرا وایلیټ 13,14 کې، په لمریز حجرو کې چینلونه ترسره کوي 15,16. د دې ټولو غوښتنلیکونو لپاره، دا به د پام وړ ګټه وي که چیرې د ګرافیټ فلمونو لویې ساحې (NGFs) په نانوسکل <100 nm کې کنټرول شوي ضخامت سره په اسانۍ سره تولید او لیږدول کیدی شي.
ګرافیت فلمونه د مختلفو میتودونو لخوا تولید کیږي. په یوه قضیه کې، د ګرافین فلیکس 10,11,17 تولیدولو لپاره د اکسفولیشن وروسته سرایت کول او پراخول کارول شوي. فلیکسونه باید نور د اړتیا وړ ضخامت په فلمونو کې پروسس شي، او ډیری وختونه د ګرافیټ شیټونو تولید لپاره څو ورځې وخت نیسي. بله لاره دا ده چې د ګرافیت وړ قوي مخکینیو سره پیل شي. په صنعت کې، د پولیمر شیټونه کاربن شوي (په 1000-1500 ° C) او بیا ګرافیټ شوي (په 2800-3200 °C کې) ترڅو ښه جوړښت شوي پرت لرونکي مواد جوړ کړي. که څه هم د دې فلمونو کیفیت لوړ دی، د انرژي مصرف د پام وړ 1,18,19 دی او لږترلږه ضخامت یې څو مایکرون 1,18,19,20 پورې محدود دی.
کتلیټیک کیمیاوي بخار جمع کول (CVD) د لوړ ساختماني کیفیت او مناسب لګښت سره 21,22,23,24,25,26,27 سره د ګرافین او الټراټین ګرافیت فلمونو (<10 nm) تولید لپاره یو مشهور میتود دی. په هرصورت، د ګرافین او الټراټین ګرافیت فلمونو د ودې په پرتله، د لوی ساحې وده او/یا د CVD په کارولو سره د NGF کارول حتی لږ سپړنه شوي 11,13,29,30,31,32,33.
د CVD لخوا کرل شوي ګرافین او ګرافیت فلمونه اکثرا اړتیا لري چې فعال سبسټریټ ته لیږدول شي34. د دې پتلي فلم لیږد کې دوه اصلي میتودونه شامل دي 35: (1) غیر ایچ لیږد 36,37 او (2) د ایچ پراساس لوند کیمیاوي لیږد (د سبسټریټ ملاتړ شوی) 14,34,38. هره طریقه ځینې ګټې او زیانونه لري او باید د ټاکل شوي غوښتنلیک پورې اړه ولري، لکه څنګه چې په بل ځای کې تشریح شوي 35,39. د ګرافین / ګرافیت فلمونو لپاره چې په کتلایټیک سبسټریټ کې کرل شوي ، د لندبل کیمیاوي پروسو له لارې لیږدول (د هغې څخه پولیمیتیل میتاکریلایټ (PMMA) ترټولو عام کارول شوي ملاتړ طبقه ده) لومړی انتخاب پاتې دی 13,30,34,38,40,41,42. تاسو et al. دا یادونه وشوه چې د NGF لیږد لپاره هیڅ پولیمر نه و کارول شوی (د نمونې اندازه نږدې 4 cm2) 25,43، مګر د لیږد پرمهال د نمونې ثبات او/یا سمبالولو په اړه هیڅ توضیحات ندي ورکړل شوي؛ د پولیمر په کارولو سره د لوند کیمیا پروسې څو مرحلې لري ، پشمول د پلي کولو او وروسته د قربانی پولیمر پرت لرې کول 30,38,40,41,42. دا پروسه نیمګړتیاوې لري: د بیلګې په توګه، د پولیمر پاتې شونه کولی شي د کرل شوي فلم 38 ملکیتونه بدل کړي. اضافي پروسس کولی شي پاتې پولیمر لرې کړي، مګر دا اضافي ګامونه د فلم تولید لګښت او وخت زیاتوي 38,40. د CVD د ودې په جریان کې، د ګرافین یو پرت نه یوازې د کتلست ورق په مخکینۍ خوا کې (هغه اړخ چې د بخار جریان ته مخامخ دی)، بلکې د هغې شاته اړخ کې هم ساتل کیږي. په هرصورت، وروستی د ضایع محصول ګڼل کیږي او د نرم پلازما 38,41 لخوا په چټکۍ سره لرې کیدی شي. د دې فلم ریسایکل کول کولی شي د حاصلاتو اعظمي کولو کې مرسته وکړي ، حتی که دا د مخ کاربن فلم په پرتله ټیټ کیفیت وي.
دلته، موږ د CVD لخوا د پولی کریسټالین نکل ورق باندې د لوړ ساختماني کیفیت سره د NGF د ویفر پیمانه دوه اړخیز ودې چمتو کولو راپور ورکوو. دا ارزول شوي چې څنګه د ورق مخکینۍ او شاته سطحه خړپړتیا د NGF مورفولوژي او جوړښت اغیزه کوي. موږ د نکل ورق له دواړو اړخونو څخه څو اړخیز سبسټریټونو ته د NGF ارزانه او چاپیریال دوستانه پولیمر وړیا لیږد هم وښایه او وښیو چې څنګه مخکینۍ او شاته فلمونه د مختلف غوښتنلیکونو لپاره مناسب دي.
لاندې برخې د ګرافین فلم مختلف ضخامتونو په اړه بحث کوي چې د سټک شوي ګرافین پرتونو شمیر پورې اړه لري: (i) ګرافین واحد پرت (SLG، 1 پرت)، (ii) څو پرت ګرافین (FLG، <10 پرتونه)، (iii) څو پرت ګرافین ( MLG، 10-30 پرتونه) او (iv) NGF (~ 300 پرتونه). وروستنی تر ټولو عام ضخامت دی چې د ساحې د سلنې په توګه څرګند شوی (نږدې 97% مساحت په 100 µm2 کې) 30. له همدې امله ټول فلم په ساده ډول د NGF په نوم یادیږي.
د ګرافین او ګرافیت فلمونو ترکیب لپاره د پولی کریسټالین نکل ورق کارول د دوی د تولید او وروسته پروسس کولو په پایله کې مختلف جوړښتونه لري. موږ پدې وروستیو کې د NGF30 د ودې پروسې اصلاح کولو لپاره یوه مطالعه راپور کړې. موږ ښیو چې د پروسې پیرامیټونه لکه د انیل کولو وخت او د چیمبر فشار د ودې مرحله کې د یونیفورم ضخامت NGFs ترلاسه کولو کې مهم رول لوبوي. دلته، موږ د نکل د ورق (انځور 1a) د پالش شوي مخکینۍ (FS) او غیر پالش شوي شاته (BS) سطحو کې د NGF وده نوره څیړنه وکړه. د FS او BS درې ډوله نمونې معاینه شوې، چې په جدول 1 کې لیست شوي دي. د بصری معاینې پر مهال، د نکل د ورق په دواړو خواوو کې د NGF یونیفورم وده (NiAG) کیدای شي د بلک نی سبسټریټ د رنګ بدلون په واسطه د فلزي سپینو زرو ځانګړتیاوو څخه لیدل کیږي. خړ ته خړ خړ رنګ (انځور 1a)؛ د مایکروسکوپی اندازه تایید شوي (انځور. 1b، c). د FS-NGF یو ځانګړی رامان طیف چې په روښانه سیمه کې لیدل شوی او په 1b شکل کې د سور، نیلي او نارنجي تیرونو لخوا ښودل شوی په 1c شکل کې ښودل شوی. د ګرافایټ G (1683 cm−1) او 2D (2696 cm−1) ځانګړتیا د رامان څوکې د لوړ کرسټال NGF وده تاییدوي (انځور 1c، جدول SI1). د فلم په جریان کې، د رامان سپیکٹرا د شدت تناسب (I2D/IG) ~ 0.3 سره لیدل شوی، پداسې حال کې چې د رامان سپیکٹرا د I2D/IG = 0.8 سره په ندرت سره لیدل شوي. په ټول فلم کې د نیمګړتیاو چوټیو نشتوالی (D = 1350 cm-1) د NGF وده لوړ کیفیت په ګوته کوي. د رامان ورته پایلې د BS-NGF نمونې کې ترلاسه شوي (شکل SI1 a او b، جدول SI1).
د NiAG FS- او BS-NGF پرتله کول: (a) د یو عادي NGF (NiAG) نمونې عکس چې د NGF وده په ویفر پیمانه (55 cm2) ښیې او د BS- او FS-Ni ورق نمونې، (b) FS-NGF انځورونه/ Ni د نظری مایکروسکوپ په واسطه ترلاسه شوی، (c) د رامان ځانګړی سپیکٹرا په پینل ب کې په مختلفو موقعیتونو کې ثبت شوی، (d، f) SEM انځورونه په مختلفو میګنیفیکیشنونو کې په FS-NGF/Ni کې، (e، g) SEM انځورونه په مختلفو میګنیفیکیشنونو کې BS -NGF/Ni ترتیبوي. نیلي تیر د FLG سیمه په ګوته کوي ، نارنجي تیر د MLG سیمه په ګوته کوي (FLG سیمې ته نږدې) ، سور تیر د NGF سیمه په ګوته کوي ، او میګینټا تیر فولډ ته اشاره کوي.
څرنګه چې وده د ابتدايي سبسټریټ ضخامت، کرسټال اندازې، سمت، او د غلو حدونو پورې اړه لري، نو په لویو سیمو کې د NGF ضخامت مناسب کنټرول ترلاسه کول یوه ننګونه ده 20,34,44. پدې څیړنه کې هغه مینځپانګې کارول شوي چې موږ دمخه خپاره کړي 30. دا پروسه په هر 100 µm230 کې د 0.1 څخه تر 3٪ روښانه سیمه تولیدوي. په لاندې برخو کې، موږ د دواړو ډولونو سیمو پایلې وړاندې کوو. د لوړ میګنیفیکیشن SEM عکسونه په دواړو خواو کې د څو روښانه برعکس ساحې شتون ښیې (انځور 1f,g)، د FLG او MLG سیمو شتون 30,45 په ګوته کوي. دا هم د رامان توزیع (انځور 1c) او د TEM پایلو لخوا تایید شوی (وروسته په "FS-NGF: جوړښت او ملکیت" برخه کې بحث شوی). د FLG او MLG سیمې د FS- او BS-NGF/Ni نمونو کې مشاهده شوي (مخکې او شاته NGF په Ni باندې کرل شوي) ممکن په لوی Ni (111) دانې کې وده کړې وي چې د 22,30,45 څخه مخکې د اینیل کولو پرمهال رامینځته شوي. په دواړو خواوو کې فولډ لیدل شوی (انځور 1b، د ارغواني تیرونو سره نښه شوی). دا فولډونه اکثرا د CVD په تولید شوي ګرافین او ګرافیت فلمونو کې موندل کیږي ځکه چې د ګرافیت او نکل سبسټریټ 30,38 تر مینځ د تودوخې توسعې ضمیمه کې لوی توپیر له امله.
د AFM عکس تایید کړه چې د FS-NGF نمونه د BS-NGF نمونې (شکل SI1) (انځور SI2) څخه خوندوره وه. د FS-NGF/Ni (Fig. SI2c) او BS-NGF/Ni (انځور SI2d) د ریښې منځنۍ مربع (RMS) د نخښې ارزښتونه په ترتیب سره 82 او 200 nm دي (د 20 × په ساحه کې اندازه کیږي. 20 μm2). د لوړ خړپړتیا د ترلاسه شوي حالت (انځور SI3) کې د نکل (NiAR) ورق د سطحې تحلیل پراساس پوهیدلی شي. د FS او BS-NiAR SEM انځورونه د SI3a–d په شکل کې ښودل شوي، د سطحې مختلف شکلونه ښیي: پالش شوي FS-Ni ورق د نانو- او مایکرون په اندازه کروی ذرات لري، پداسې حال کې چې ناپاک شوي BS-Ni ورق د تولید زینه څرګندوي. لکه د لوړ ځواک سره ذرات. او کمښت. د annealed nickel ورق (NiA) ټیټ او لوړ ریزولوشن عکسونه په SI3e–h شکل کې ښودل شوي. په دې ارقامو کې، موږ کولی شو د نکل د ورق په دواړو خواوو کې د څو مایکرون په اندازه د نکل ذرات شتون وګورو (انځور. SI3e–h). لوی دانې کیدای شي د نی (111) سطحې موقعیت ولري، لکه څنګه چې مخکې راپور شوي 30,46. د FS-NiA او BS-NiA ترمنځ د نکل ورق مورفولوژي کې د پام وړ توپیرونه شتون لري. د BS-NGF/Ni لوړه خړپړتیا د BS-NiAR د غیر پولش شوي سطح له امله ده، چې سطح یې د انیل کولو وروسته حتی د پام وړ خرابه پاتې کیږي (شکل SI3). دا ډول د سطحې ځانګړتیا د ودې پروسې دمخه د ګرافین او ګرافیت فلمونو خرابوالي ته اجازه ورکوي کنټرول شي. دا باید یادونه وشي چې اصلي سبسټریټ د ګرافین د ودې په جریان کې د غلو ځینې بیا تنظیم شوي ، چې د دانې اندازه یې یو څه کمه کړې او یو څه د انیل شوي ورق او کتلست فلم 22 په پرتله د سبسټریټ د سطحې خرابوالی ډیر کړی.
د سبسټریټ د سطحې خړپړتیا ښه تنظیم کول، د انیل کولو وخت (د غلو اندازه) 30,47 او د خوشې کولو کنټرول43 به مرسته وکړي چې د سیمه ایز NGF ضخامت یوشانوالی µm2 او/یا حتی nm2 پیمانه کم کړي (د بیلګې په توګه د څو نانومیټرو ضخامت توپیرونه). د دې لپاره چې د سبسټریټ د سطحې خرابوالی کنټرول کړي، میتودونه لکه د پایله شوي نکل ورق الکترولیټیک پالش کول په پام کې نیول کیدی شي48. مخکې تر درملنې شوي نکل ورق بیا په ټیټه تودوخه (<900 °C) 46 او وخت (<5 min) کې د لوی Ni (111) دانې رامینځته کیدو مخه نیول کیدی شي (کوم چې د FLG ودې لپاره ګټور دي).
SLG او FLG ګرافین نشي کولی د تیزابونو او اوبو د سطحې فشار سره مقاومت وکړي، د لوند کیمیاوي لیږد پروسو په جریان کې میخانیکي ملاتړ پرتونو ته اړتیا لري 22,34,38. د پولیمر ملاتړ شوي واحد پرت ګرافین 38 لوند کیمیاوي لیږد سره په مقابل کې، موږ وموندله چې د کرل شوي NGF دواړه اړخونه د پولیمر مالتړ پرته لیږدول کیدی شي، لکه څنګه چې په 2a شکل کې ښودل شوي (د نورو جزیاتو لپاره انځور SI4a وګورئ). یو ورکړل شوي سبسټریټ ته د NGF لیږد د لاندې Ni30.49 فلم لوند ایچنګ سره پیل کیږي. کرل شوي NGF/Ni/NGF نمونې د شپې په 15 ملی لیتر 70% HNO3 کې د 600 ملی لیتر ډیونایډ (DI) اوبو سره مینځل شوي. وروسته له دې چې د Ni ورق په بشپړه توګه منحل شي، FS-NGF د مایع په سطحه فلیټ پاتې کیږي، لکه د NGF/Ni/NGF نمونې په څیر، پداسې حال کې چې BS-NGF په اوبو کې ډوب کیږي (انځور 2a،b). جلا شوی NGF بیا له یوې بیکر څخه بل بیکر ته لیږدول شوی چې تازه ډیونیز شوي اوبه لري او جلا شوی NGF په ښه توګه مینځل شوی ، د مقعر شیشې ډش له لارې له څلور څخه تر شپږ ځله تکرار شوی. په نهایت کې، FS-NGF او BS-NGF په مطلوب سبسټریټ کې ځای پرځای شوي (انځور 2c).
د NGF لپاره د پولیمر څخه پاک لوند کیمیاوي لیږد پروسه چې په نکل ورق کې کرل شوي: (a) د پروسې جریان ډیاګرام (د نورو جزیاتو لپاره SI4 شکل وګورئ)، (b) د نی ایچینګ وروسته جلا شوي NGF ډیجیټل عکس (2 نمونې)، (c) بیلګه FS - او د BS-NGF لیږد SiO2/Si سبسټریټ ته، (d) FS-NGF غیر مبهم پولیمر سبسټریټ ته لیږد، (e) BS-NGF د ورته نمونې څخه د پینل d (په دوه برخو ویشل شوی)، د سرو زرو پلیټ شوي C کاغذ ته لیږدول شوی او Nafion (انعطاف وړ شفاف سبسټریټ، څنډې د سور کونجونو سره نښه شوي).
په یاد ولرئ چې د لوند کیمیاوي لیږد میتودونو په کارولو سره ترسره شوي SLG لیږد د 20-24 ساعتونو 38 ټول پروسس وخت ته اړتیا لري. د پولیمر وړیا لیږد تخنیک سره چې دلته ښودل شوي (شکل SI4a)، د NGF لیږد پروسس کولو ټولیز وخت د پام وړ کم شوی (نږدې 15 ساعته). پروسه عبارت دي له: (1 ګام) د نقاشي محلول چمتو کړئ او نمونه یې په کې ځای په ځای کړئ (~ 10 دقیقې)، بیا د شپې لپاره د نی ایچینګ لپاره انتظار وکړئ (~ 7200 دقیقې)، (2 ګام) د ډیونیز شوي اوبو سره مینځل (مرحله - 3) . په deionized اوبو کې ذخیره کړئ یا د هدف سبسټریټ ته انتقال کړئ (20 دقیقې). د NGF او بلک میټرکس تر مینځ بندې اوبه د کیپیلري عمل (د بلاټینګ کاغذ په کارولو سره) 38 لرې کیږي ، بیا د اوبو پاتې څاڅکي د طبیعي وچولو په واسطه لرې کیږي (تقریبا 30 دقیقې) ، او په پای کې نمونه د 10 دقیقو لپاره وچیږي. دقیقه په ویکیوم تنور کې (10-1 mbar) په 50-90 ° C (60 min) 38 کې.
ګرافایټ په کافي اندازه لوړ حرارت (≥ 200 °C) 50,51,52 کې د اوبو او هوا شتون سره مقاومت کولو لپاره پیژندل کیږي. موږ نمونې د رامان سپیکٹروسکوپي، SEM، او XRD په کارولو سره د خونې په حرارت کې په ډیونیز شوي اوبو کې او په مهر شوي بوتلونو کې د څو ورځو څخه تر یو کال پورې (انځور SI4) ازموینه وکړه. د پام وړ تخریب شتون نلري. شکل 2c په deionized اوبو کې د آزاد ولاړ FS-NGF او BS-NGF ښیي. موږ دوی په SiO2 (300 nm)/Si سبسټریټ کې نیولي، لکه څنګه چې د 2c شکل په پیل کې ښودل شوي. برسیره پردې، لکه څنګه چې په 2d،e شکل کې ښودل شوي، دوامداره NGF مختلف فرعي سټیټونو ته لیږدول کیدی شي لکه پولیمر (Thermabright polyamide from Nexolve and Nafion) او د سرو زرو لیپت شوي کاربن کاغذ. تیر شوی FS-NGF په اسانۍ سره د هدف سبسټریټ کې کیښودل شو (انځور 2c، d). په هرصورت، د BS-NGF نمونې د 3 سانتي مترو څخه لوی دي کله چې په بشپړ ډول په اوبو کې ډوب شوي وي اداره کول ستونزمن وو. معمولا، کله چې دوی په اوبو کې راښکته کیږي، د بې احتیاطي له امله کله ناکله په دوه یا دریو برخو ویشل کیږي (2e انځور). په ټولیز ډول، موږ وکولای شو چې د PS- او BS-NGF (په 6 cm2 کې د NGF/Ni/NGF ودې پرته دوامداره بې سیمه لیږد) په ترتیب سره په ساحه کې تر 6 او 3 cm2 پورې نمونو لپاره د پولیمر وړیا لیږد ترلاسه کړو. هر پاتې لوی یا کوچنۍ ټوټې د مطلوب سبسټریټ (~1 mm2، شکل SI4b کې په اسانۍ سره لیدل کیدی شي) د مسو گرډ ته لیږدول شوي نمونه وګورئ لکه څنګه چې "FS-NGF: جوړښت او ملکیتونه (بحث شوي) د "ساختمان او ملکیتونو" لاندې) یا د راتلونکي کارونې لپاره ذخیره (شکل SI4). د دې معیار پر بنسټ، موږ اټکل کوو چې NGF تر 98-99٪ پورې (د لیږد لپاره وده وروسته) په حاصلاتو کې بیرته ترلاسه کیدی شي.
د پولیمر پرته د لیږد نمونې په تفصیل سره تحلیل شوي. د سطحې مورفولوژیکي ځانګړتیاوې په FS- او BS-NGF/SiO2/Si (Fig. 2c) کې د نظری مایکروسکوپي (OM) او SEM انځورونو (انځور SI5 او انځور 3) په کارولو سره ترلاسه شوي ښودل شوي چې دا نمونې د مایکروسکوپي پرته لیږدول شوي. د لیدلو وړ ساختماني زیانونه لکه درزونه، سوري، یا غیر فعال شوي ساحې. په وده کونکي NGF کې پوښونه (انځور 3b، d، د ارغواني تیرونو په واسطه نښه شوي) د لیږد وروسته پاتې دي. دواړه FS- او BS-NGFs د FLG سیمو څخه جوړ شوي دي (روښانه سیمې په 3 شکل کې د نیلي تیرونو لخوا ښودل شوي). په حیرانتیا سره، د یو څو زیانمن شویو سیمو په پرتله چې معمولا د الټراټین ګرافیت فلمونو د پولیمر لیږد په جریان کې لیدل کیږي، د مایکرون په اندازه FLG او MLG سیمې چې د NGF سره نښلوي (په 3d شکل کې د نیلي تیرونو لخوا په نښه شوي) پرته له درزونو یا ماتونو څخه لیږدول شوي (شکل 3d) . ۳). . میخانیکي بشپړتیا نور د NGF د TEM او SEM انځورونو په کارولو سره تایید شوه چې د لیس کاربن مسو گرډونو ته لیږدول شوي، لکه څنګه چې وروسته بحث شوی ("FS-NGF: جوړښت او ملکیتونه"). لیږدول شوی BS-NGF/SiO2/Si د FS-NGF/SiO2/Si څخه سخت دی په ترتیب سره د 140 nm او 17 nm rms ارزښتونو سره، لکه څنګه چې په SI6a او b (20 × 20 μm2) شکل کې ښودل شوي. د NGF د RMS ارزښت چې په SiO2/Si سبسټریټ (RMS <2 nm) ته لیږدول شوی د پام وړ ټیټ دی (شاوخوا 3 ځله) د NGF په پرتله چې په Ni (شکل SI2) کې کرل شوي، دا په ګوته کوي چې اضافي خړپړتیا ممکن د Ni سطح سره مطابقت ولري. برسېره پردې، د FS- او BS-NGF/SiO2/Si نمونو په څنډو کې ترسره شوي AFM عکسونه په ترتیب سره د 100 او 80 nm NGF ضخامت ښیي (انځور SI7). د BS-NGF کوچنی ضخامت ممکن د دې لامل وي چې سطح مستقیم د مخکیني ګاز سره مخ نشي.
لیږدول شوی NGF (NiAG) پرته له پولیمر څخه په SiO2/Si wafer کې (شکل 2c وګورئ): (a,b) د لیږدول شوي FS-NGF SEM انځورونه: ټیټ او لوړ میګنیفیکشن (په پینل کې د نارنجي مربع سره مطابقت لري). عادي سیمې) – الف). (c,d) د لیږدول شوي BS-NGF SEM انځورونه: ټیټ او لوړ میګنیفیکیشن (په پینل c کې د نارنجي مربع لخوا ښودل شوي ځانګړي ساحې سره مطابقت لري). (e, f) د سپارل شوي FS- او BS-NGFs AFM عکسونه. نیلي تیر د FLG سیمه استازیتوب کوي - روښانه برعکس، سیان تیر - تور MLG برعکس، سور تیر - تور برعکس د NGF سیمه استازیتوب کوي، میګینټا تیر د فولډ استازیتوب کوي.
د لوی شوي او لیږدول شوي FS- او BS-NGFs کیمیاوي جوړښت د ایکس رې فوټو الیکترون سپیکٹروسکوپي (XPS) (4 شکل) لخوا تحلیل شوی. په اندازه شوي سپیکٹرا (انځور 4a, b) کې یو ضعیف لوړوالی لیدل شوی و، چې د وده شوي FS- او BS-NGFs (NiAG) د Ni substrate (850 eV) سره مطابقت لري. د لیږد شوي FS- او BS-NGF/SiO2/Si په اندازه شوي سپیکٹرا کې هیڅ څوکه شتون نلري (انځور 4c؛ د BS-NGF/SiO2/Si لپاره ورته پایلې نه دي ښودل شوي)، دا په ګوته کوي چې د لیږد وروسته د نی ککړتیا شتون نلري. . شکل 4d–f د FS-NGF/SiO2/Si د C 1 s, O 1 s او Si 2p انرژي کچې لوړ ریزولوشن سپیکٹرا ښیې. د ګرافیت د C 1s پابنده انرژي 284.4 eV53.54 ده. د ګرافائٹ چوټیو خطي شکل عموما غیر متناسب ګڼل کیږي، لکه څنګه چې په 4d54 شکل کې ښودل شوي. د لوړ ریزولوشن اصلي کچې C 1 s سپیکٹرم (انځور 4d) هم خالص لیږد تایید کړی (یعنې هیڅ پولیمر پاتې نشي) ، کوم چې د تیرو مطالعاتو سره مطابقت لري 38. د تازه کرل شوي نمونې (NiAG) د C 1 s سپیکٹرا د کرښې پراخوالی او له لیږد وروسته په ترتیب سره 0.55 او 0.62 eV دي. دا ارزښتونه د SLG څخه لوړ دي (0.49 eV د SLG لپاره په SiO2 سبسټریټ کې) 38. په هرصورت، دا ارزښتونه د مخکینۍ راپور شوي لین ویډت څخه کوچني دي چې د لوړ متمرکز پایرولیټیک ګرافین نمونو (~ 0.75 eV) 53,54,55 لپاره، په اوسني موادو کې د کاربن د نیمګړتیاو نشتوالی په ګوته کوي. د C 1 s او O 1 s د ځمکې سطحې سپیکٹرا هم د اوږو نشتوالی لري، د لوړ ریزولوشن پیک ډیکنوولوشن54 اړتیا له منځه وړي. د 291.1 eV په شاوخوا کې د π → π* سپوږمکۍ چوکۍ شتون لري، چې ډیری وختونه د ګرافیت په نمونو کې لیدل کیږي. د 103 eV او 532.5 eV سیګنالونه په Si 2p او O 1 s اصلي سطحه سپیکٹرا کې (وګورئ انځور 4e، f) په ترتیب سره د SiO2 56 سبسټریټ ته منسوب شوي. XPS د سطحې حساس تخنیک دی، نو د Ni او SiO2 سره سم سیګنالونه په ترتیب سره د NGF لیږد دمخه او وروسته کشف شوي، داسې انګیرل کیږي چې د FLG سیمې څخه سرچینه اخلي. ورته پایلې د لیږدول شوي BS-NGF نمونو لپاره لیدل شوي (نه ښودل شوي).
د NiAG XPS پایلې: (ac) په ترتیب سره د لوی شوي FS-NGF/Ni، BS-NGF/Ni او لیږدول شوي FS-NGF/SiO2/Si د مختلف عنصر اټومي جوړښتونو سروې سپیکٹرا. (d–f) د FS-NGF/SiO2/Si نمونې C 1 s, O 1s او Si 2p د اصلي کچې لوړ ریزولوشن سپیکٹرا.
د لیږد شوي NGF کرسټال ټول کیفیت د ایکس رے ډیفریکشن (XRD) په کارولو سره ارزول شوی. د انتقال شوي FS- او BS-NGF/SiO2/Si عادي XRD نمونې (انځور SI8) په 26.6° او 54.7° کې د ګرافیت په څیر د انعطاف لوړوالی (0 0 0 2) او ( 0 0 0 4) شتون ښیي. . دا د NGF لوړ کرسټال کیفیت تاییدوي او د d = 0.335 nm د انټر لیر فاصلې سره مطابقت لري چې د لیږد مرحلې وروسته ساتل کیږي. د تفاوت چوټۍ شدت (0 0 0 2) د تفاوت چوکۍ (0 0 0 4) څخه نږدې 30 ځله دی، دا په ګوته کوي چې د NGF کرسټال الوتکه د نمونې سطح سره ښه سمون لري.
د SEM، Raman spectroscopy، XPS او XRD د پایلو له مخې، د BS-NGF/Ni کیفیت د FS-NGF/Ni په څیر وموندل شو، که څه هم د دې rms خرابوالی یو څه لوړ و (انځور SI2, SI5) او SI7).
SLGs د پولیمر ملاتړ پرتونو سره تر 200 nm ضخامت پورې په اوبو کې تیریږي. دا ترتیب عموما د پولیمر په مرسته لوند کیمیاوي لیږد پروسو کې کارول کیږي 22,38. ګرافین او ګرافیت هایدروفوبیک دي (لنده زاویه 80-90°) 57. د دواړو ګرافین او FLG احتمالي انرژی سطحې په سطحه کې د اوبو د شاته حرکت لپاره د ټیټ احتمالي انرژي (~ 1 kJ/mol) سره خورا فلیټ راپور شوي. په هرصورت، د ګرافین سره د اوبو د متقابل عمل محاسبه شوې انرژي او د ګرافین درې طبقې په ترتیب سره نږدې −13 او −15 kJ/mol,58 دي، دا په ګوته کوي چې د NGF سره د اوبو تعامل (شاوخوا 300 پرتونه) د ګرافین په پرتله ټیټ دی. دا ممکن یو له هغه دلیلونو څخه وي چې ولې د فریسټنډینګ NGF د اوبو په سطحه فلیټ پاتې کیږي ، پداسې حال کې چې فری سټینډینګ ګرافین (چې په اوبو کې تیریږي) کرل کیږي او ماتیږي. کله چې NGF په بشپړه توګه په اوبو کې ډوب شي (پایلې یې د ناڅاپه او فلیټ NGF لپاره یو شان وي)، د هغې څنډې (انځور SI4). د بشپړ ډوبیدو په حالت کې، تمه کیږي چې د NGF-اوبو متقابل انرژی تقریبا دوه چنده شي (د تیر شوي NGF په پرتله) او دا چې د NGF څنډې د لوړ تماس زاویه ساتل کیږي (هایډروفوبیکیت). موږ باور لرو چې ستراتیژیانې رامینځته کیدی شي ترڅو د سرایت شوي NGFs د څنډو د کرل کیدو مخه ونیسي. یوه طریقه د مخلوط محلولونو کارول دي ترڅو د ګرافیت فلم 59 لندبل غبرګون تعدیل کړي.
د لوند کیمیاوي لیږد پروسې له لارې مختلف ډولونو ته د SLG لیږد دمخه راپور شوی. دا عموما منل کیږي چې ضعیف وینډر والز ځواک د ګرافین / ګرافیت فلمونو او فرعي سبسټریټونو ترمینځ شتون لري (که دا سخت فرعي سټیټونه وي لکه SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si pillers22 او lacy carbon films30, 34 یا انعطاف وړ سبسټریټونه لکه پولیمایډ 37). دلته موږ فرض کوو چې د ورته ډول تعامل غالب وي. موږ دلته د میخانیکي سمبالولو په جریان کې (د خلا او/یا اتموسفیر شرایطو لاندې ځانګړتیاو یا ذخیره کولو پرمهال) (د مثال په توګه ، شکل 2, SI7 او SI9) کې وړاندې شوي د هیڅ یو فرعي سټرایټ لپاره د NGF هیڅ زیان یا پاکول ونه لیدل. برسېره پردې، موږ د NGF/SiO2/Si نمونې (4 شکل) د اصلي کچې د XPS C 1 s سپیکٹرم کې د SiC لوړوالی ونه لیدل. دا پایلې ښیي چې د NGF او هدف سبسټریټ ترمنځ هیڅ کیمیاوي اړیکه شتون نلري.
په تیره برخه کې، "د FS- او BS-NGF پولیمر وړیا لیږد،" موږ وښودله چې NGF کولی شي د نکل ورق دواړو خواوو ته وده ورکړي او انتقال کړي. دا FS-NGFs او BS-NGFs د سطحې د خرابوالي له مخې یو شان ندي، کوم چې موږ ته د هر ډول لپاره خورا مناسب غوښتنلیکونه وپلټئ.
د FS-NGF روڼتیا او نرمې سطحې په پام کې نیولو سره، موږ د دې محلي جوړښت، نظری او بریښنایی ملکیتونه په ډیر تفصیل سره مطالعه کړل. د پولیمر لیږد پرته د FS-NGF جوړښت او جوړښت د لیږد بریښنایی مایکروسکوپي (TEM) امیجنگ او د ټاکل شوي ساحې الیکټران ډیفریکشن (SAED) نمونې تحلیل لخوا مشخص شوي. ورته پایلې په 5 شکل کې ښودل شوي. د ټیټ میګنیفیکیشن پلانر TEM امیجنګ د NGF او FLG سیمو شتون د مختلف الکترون برعکس ځانګړتیاو سره څرګند کړ ، په ترتیب سره تیاره او روښانه ساحې (انځور 5a). فلم په ټولیز ډول د NGF او FLG د بیلابیلو سیمو ترمنځ ښه میخانیکي بشپړتیا او ثبات نندارې ته وړاندې کوي، د ښه اوورلیپ سره او هیڅ زیان یا اوښل نه دی، کوم چې د SEM (شکل 3) او د لوړ لوړولو TEM مطالعاتو (انځور 5c-e) لخوا هم تایید شوی. په ځانګړې توګه، په انځور کې 5d د پل جوړښت په لویه برخه کې ښیي (هغه موقعیت چې په 5d شکل کې د تور ټکي تیر لخوا نښه شوی)، کوم چې د مثلث شکل لخوا مشخص شوی او د ګرافین طبقه لري چې شاوخوا 51 پلنوالی لري. د 0.33 ± 0.01 nm د یو انټرپلانر فاصلې سره ترکیب په خورا تنګ سیمه کې د ګرافین څو پرتونو ته راټیټ شوی (په 5 d شکل کې د تور تور تیر پای).
د کاربن لیسي مسو په ګریډ کې د پولیمر څخه پاک NiAG نمونې پلانر TEM عکس: (a, b) د ټیټ میګنیفیکیشن TEM عکسونه په شمول د NGF او FLG سیمو ، (ce) په پینل-a او پینل-b کې د مختلف سیمو لوړ میګنیفیکیشن عکسونه دي د ورته رنګ نښه شوي تیرونه. په تختو a او c کې شنه تیرونه د بیم د ترتیب په جریان کې د زیانونو حلقوي ساحې په ګوته کوي. (f-i) په پینلونو کې a څخه تر c پورې، په مختلفو سیمو کې د SAED نمونې په ترتیب سره نیلي، سیان، نارنجي او سور حلقو لخوا ښودل شوي.
په 5c شکل کې د ربن جوړښت ښیي (د سور تیر سره نښه شوی) د ګرافیت جالی طیارو عمودی اړخ، کوم چې کیدای شي د فلم په اوږدو کې د نانو فولډونو رامینځته کیدو له امله وي (په 5c شکل کې) د اضافي غیر جبران شوي شین فشار له امله 30,61,62 . د لوړ ریزولوشن TEM لاندې، دا نانو فولډ 30 د نورو NGF سیمې په پرتله مختلف کریسټالوګرافیک اړخ څرګندوي؛ د ګرافیت جالی بیسال الوتکې تقریبا په عمودی توګه متمرکزې دي، نه په افقی ډول د نورو فلمونو په څیر (په شکل 5c کې داخل شوی). په ورته ډول، د FLG سیمه کله ناکله د خطي او تنګ بنډ په څیر فولډونه (د نیلي تیرونو په واسطه نښه شوي) نندارې ته وړاندې کوي، کوم چې په ترتیب سره په 5b، 5e شکل کې په ټیټ او متوسطه لوړوالی کې ښکاري. په شکل 5e کې انسټیټ د FLG سکتور کې د دوه او درې پرتونو ګرافین پرتونو شتون تاییدوي (interplanar فاصله 0.33 ± 0.01 nm)، کوم چې زموږ د پخوانیو پایلو سره ښه موافق دی. برسیره پردې، د پولیمر څخه پاک NGF ثبت شوي SEM انځورونه د مسو په ګردونو کې د لیسي کاربن فلمونو سره لیږدول شوي (د پورته لید TEM اندازه کولو وروسته) په SI9 شکل کې ښودل شوي. د څاه ځنډول شوې FLG سیمه (د نیلي تیر سره نښه شوې) او ټوټه شوې سیمه په شکل SI9f کې. نیلي تیر (د لیږدول شوي NGF په څنډه کې) په قصدي ډول وړاندې کیږي ترڅو وښیې چې د FLG سیمه کولی شي د پولیمر پرته د لیږد پروسې سره مقاومت وکړي. په لنډیز کې، دا انځورونه تاییدوي چې په جزوي توګه تعلیق شوي NGF (د FLG سیمې په شمول) حتی د سخت مدیریت او د TEM او SEM اندازه کولو په جریان کې د لوړې خلا سره مخ کیدو وروسته هم میخانیکي بشپړتیا ساتي (انځور SI9).
د NGF د غوره فلیټیت له امله (5a شکل وګورئ)، دا ستونزمنه نه ده چې د SAED جوړښت تحلیل کولو لپاره د [0001] ډومین محور په اوږدو کې فلیکسونه سمت کړي. د فلم د محلي ضخامت او د هغې موقعیت پورې اړه لري، د ګټو ډیری سیمې (12 ټکي) د الکترون د توپیر مطالعاتو لپاره پیژندل شوي. په 5a-c شکل کې، د دغو ځانګړو سیمو څخه څلور ښودل شوي او د رنګونو حلقو سره نښه شوي (نیلي، سیان، نارنجي، او سور کوډ شوي). د SAED حالت لپاره 2 او 3 شکلونه. شکلونه 5f او g د FLG سیمې څخه ترلاسه شوي چې په 5 او 5 شکل کې ښودل شوي. لکه څنګه چې په ترتیب سره په 5b او c شکل کې ښودل شوي. دوی د مسدس جوړښت لري چې د ګرافین 63 ته ورته دی. په ځانګړې توګه، شکل 5f د [0001] زون محور د ورته لوري سره درې سپرمپوز شوي نمونې ښیي، چې د 10° او 20° لخوا څرخیږي، لکه څنګه چې د درې جوړه (10-10) انعکاسونو د زاویه بې توپیره ثبوت دی. په ورته ډول، شکل 5g دوه سپریپوز شوي هیکساګونال نمونې ښیي چې د 20 درجې لخوا څرخیږي. د FLG په سیمه کې د هیکساګونال نمونو دوه یا درې ډلې کیدای شي د دریو دننه یا د الوتکې څخه بهر د ګرافین پرتونو څخه رامینځته شي 33 یو بل ته په نسبي ډول څرخي. په مقابل کې، په شکل 5h،i کې د الکترون د تفریق نمونې (د NGF سیمې سره په مطابقت کې چې په 5a شکل کې ښودل شوي) یو واحد [0001] نمونه ښیي چې په ټولیزه توګه د لوړې نقطې انعطاف شدت سره، د لوی موادو ضخامت سره مطابقت لري. د SAED دا ماډلونه د FLG په پرتله د ګرافیتیک جوړښت او منځګړیتوب سره مطابقت لري، لکه څنګه چې د 64 شاخص څخه اټکل شوی. د NGF د کریسټالین ځانګړتیاوو ځانګړتیا د دوه یا دریو سپرمپوز شوي ګرافیت (یا ګرافین) کریسټالونو ګډ شتون په ګوته کوي. هغه څه چې په ځانګړي ډول د FLG په سیمه کې د پام وړ دي دا دي چې کریسټالیټونه د الوتکې دننه یا بهر د غلطۍ یوه اندازه لري. د ګرافایټ ذرات/پرتونه چې په الوتکه کې د 17°، 22° او 25° زاویه لري مخکې د NGF لپاره راپور شوي چې په Ni 64 فلمونو کې وده کوي. په دې څیړنه کې لیدل شوي د گردش زاویې ارزښتونه د BLG63 ګرافین لپاره د مخکینۍ لیدل شوي گردش زاویو (±1°) سره مطابقت لري.
د NGF/SiO2/Si برقی ملکیتونه د 10×3 mm2 په ساحه کې په 300 K اندازه شوي. د الکترون کیریر غلظت، خوځښت او چالاکۍ ارزښتونه په ترتیب سره 1.6 × 1020 cm-3، 220 cm2 V-1 C-1 او 2000 S-cm-1 دي. زموږ د NGF تحرک او چلولو ارزښتونه د طبیعي ګرافیټ 2 سره ورته دي او په سوداګریزه توګه شتون لرونکي خورا لوړ پروت پایرولیټیک ګرافیټ (په 3000 ° C کې تولید شوي) 29 څخه لوړ دي. د مشاهده شوي الیکترون کیریر غلظت ارزښت دوه آرډرونه لوړ دي د هغه په ​​پرتله چې پدې وروستیو کې راپور شوي (7.25 × 10 cm-3) د مایکرون - موټ ګرافیټ فلمونو لپاره د لوړ تودوخې (3200 ° C) پولیمایډ شیټونو په کارولو سره چمتو شوي 20.
موږ د کوارټز سبسټریټ ته لیږدول شوي FS-NGF کې د UV لید لیږد اندازه هم ترسره کړه (شکل 6). پایله لرونکی طیف د 350-800 nm په حد کې نږدې 62٪ دوامداره لیږد ښیي، دا په ګوته کوي چې NGF د لید وړ رڼا لپاره شفاف دی. په حقیقت کې، د "KAUST" نوم په 6b شکل کې د نمونې په ډیجیټل عکس کې لیدل کیدی شي. که څه هم د NGF نانوکریسټالین جوړښت د SLG څخه توپیر لري، د پرتونو شمیر په هر اضافي پرت کې د 2.3٪ لیږد ضایع کیدو قاعدې په کارولو سره اټکل کیدی شي. د دې اړیکو له مخې، د ګرافین پرتونو شمیر چې د 38٪ لیږد ضایع کیدو سره 21 دی. وده شوې NGF په عمده توګه د 300 ګرافین طبقو څخه جوړه شوې ده، یعنې شاوخوا 100 nm ضخامت (انځور. 1، SI5 او SI7). له همدې امله، موږ فرض کوو چې مشاهده شوي نظری روڼتیا د FLG او MLG سیمو سره مطابقت لري، ځکه چې دوی په ټول فلم کې ویشل شوي (انځور. 1، 3، 5 او 6c). د پورته ساختماني معلوماتو سربیره، چالکتیا او روڼتیا هم د لیږد شوي NGF لوړ کرسټال کیفیت تاییدوي.
(a) د UV لیدل شوي لیږد اندازه، (b) د نمایشي نمونې په کارولو سره په کوارټز کې د NGF عادي لیږد. (c) د NGF (توره بکس) سکیماټیک په مساوي ډول توزیع شوي FLG او MLG سیمو سره په ټوله نمونه کې د خړ تصادفي شکلونو په توګه نښه شوي (شکل 1 وګورئ) (په هر 100 μm2 کې نږدې 0.1–3٪ ساحه). په ډیاګرام کې تصادفي شکلونه او د دوی اندازې یوازې د توضیحي موخو لپاره دي او د حقیقي ساحو سره مطابقت نلري.
د CVD لخوا کرل شوي مترقي NGF پخوا د سیلیکون سطحو ته لیږدول شوي او په لمریز حجرو کې کارول شوي 15,16. په پایله کې د بریښنا تبادلې موثریت (PCE) 1.5٪ دی. دا NGFs ډیری دندې ترسره کوي لکه فعال مرکب پرتونه، د چارج ټرانسپورټ لارې، او شفاف الیکټروډ 15,16. په هرصورت، د ګرافیت فلم یونیفورم نه دی. د ګرافیت الیکټروډ د شیټ مقاومت او نظری لیږد په احتیاط سره کنټرول کولو سره نور اصلاح اړینه ده، ځکه چې دا دوه ملکیتونه د لمریز حجرو د PCE ارزښت په ټاکلو کې مهم رول لوبوي 15,16. عموما، د ګرافین فلمونه 97.7٪ د لیدلو وړ رڼا لپاره شفاف دي، مګر د 200-3000 ohms/sq.16 د شیټ مقاومت لري. د ګرافین فلمونو سطحي مقاومت د پرتونو د شمیر په زیاتولو (د ګرافین پرتونو څو لیږد) او د HNO3 (~30 Ohm/sq.) 66 سره ډوپینګ سره کم کیدی شي. په هرصورت، دا پروسه ډیر وخت نیسي او د لیږد مختلف پرتونه تل ښه اړیکه نه ساتي. زموږ مخکینۍ خوا NGF ځانګړتیاوې لري لکه چالکتیا 2000 S/cm، د فلم شیټ مقاومت 50 ohm/sq. او 62٪ شفافیت، دا د لمریز حجرو 15,16 کې د لیږدونکي چینلونو یا کاونټر الیکټروډونو لپاره یو ګټور بدیل جوړوي.
که څه هم د BS-NGF جوړښت او سطحې کیمیا د FS-NGF سره ورته ده، د هغې خرابوالی توپیر لري ("د FS- او BS-NGF وده"). مخکې، موږ د ګاز سینسر په توګه د الټرا پتلی فلم ګرافیت 22 کارول. له همدې امله، موږ د ګازو سینس کولو دندو لپاره د BS-NGF کارولو امکانات ازموینه وکړه (شکل SI10). لومړی، د BS-NGF د mm2 اندازه برخې د انټر ډیجیټیټینګ الیکټروډ سینسر چپ (انځور SI10a-c) ته لیږدول شوي. د چپ جوړولو توضیحات دمخه راپور شوي؛ د دې فعاله حساسه ساحه 9 mm267 ده. د SEM انځورونو کې (انځور SI10b او c)، د سرو زرو الیکروډ په روښانه توګه د NGF له لارې لیدل کیږي. یوځل بیا ، دا لیدل کیدی شي چې د ټولو نمونو لپاره یونیفورم چپ پوښښ ترلاسه شوی. د مختلفو ګازونو د ګاز سینسر اندازه ثبت شوي (انځور. SI10d) (انځور. SI11) او د غبرګون نرخونه په انځور کې ښودل شوي. SI10g. احتمال د نورو مداخلو ګازونو سره لکه SO2 (200 ppm)، H2 (2٪)، CH4 (200 ppm)، CO2 (2٪)، H2S (200 ppm) او NH3 (200 ppm). یو احتمالي لامل NO2 دی. د ګاز 22,68 الکترو فیلیک طبیعت. کله چې د ګرافین په سطحه جذب شي، دا د سیسټم لخوا د برقیانو اوسنی جذب کموي. د BS-NGF سینسر د غبرګون وخت ډاټا پرتله کول د مخکینیو خپرو شویو سینسرونو سره په جدول SI2 کې وړاندې شوي. د افشا شوي نمونو درملنه د UV پلازما، O3 پلازما یا حرارتي (50-150 ° C) په کارولو سره د NGF سینسرونو د بیا فعالولو میکانیزم دوام لري، په مثالي توګه د سرایت شوي سیسټمونو پلي کول تعقیبوي.
د CVD پروسې په جریان کې، د ګرافین وده د کتلست سبسټریټ په دواړو خواو کې واقع کیږي41. په هرصورت، BS-ګرافین معمولا د لیږد پروسې په جریان کې ایستل کیږي41. په دې څیړنه کې، موږ په ډاګه کوو چې د لوړ کیفیت NGF وده او د پولیمر څخه پاک NGF لیږد د کتلست مالتړ په دواړو خواوو کې ترلاسه کیدی شي. BS-NGF د FS-NGF (~ 100 nm) په پرتله پتلی (~ 80 nm) دی، او دا توپیر د دې حقیقت له مخې تشریح شوی چې BS-Ni مستقیم د مخکینۍ ګاز جریان سره مخ نه دی. موږ دا هم وموندله چې د NiAR سبسټریټ خرابوالی د NGF په خرابوالي اغیزه کوي. دا پایلې ښیي چې وده شوي پلانر FS-NGF د ګرافین لپاره د مخکیني موادو په توګه کارول کیدی شي (د اکسفولییشن میتود 70 په واسطه) یا په لمریز حجرو کې د لیږدونکي چینل په توګه 15,16. په مقابل کې، BS-NGF به د ګاز کشف (انځور SI9) لپاره او په احتمالي توګه د انرژي ذخیره کولو سیسټمونو 71,72 لپاره وکارول شي چیرې چې د هغې سطحه ناڅاپه به ګټور وي.
پورتنیو ته په پام سره، دا ګټوره ده چې اوسنی کار د مخکینیو خپرو شویو ګرافیت فلمونو سره یوځای کړئ چې د CVD لخوا کرل شوي او د نکل ورق په کارولو سره. لکه څنګه چې په 2 جدول کې لیدل کیدی شي، هغه لوړ فشارونه چې موږ یې کارولي د عکس العمل وخت (د ودې مرحله) لنډوي حتی په نسبتا ټیټ حرارت کې (د 850-1300 ° C په حد کې). موږ د معمول په پرتله لویه وده هم ترلاسه کړه، د پراختیا احتمال په ګوته کوي. نور عوامل هم شته چې باید په پام کې ونیول شي، چې ځینې یې موږ په جدول کې شامل کړي دي.
دوه اړخیزه لوړ کیفیت لرونکي NGF د کیټلیټیک CVD لخوا په نکل ورق کې کرل شوي. د دودیز پولیمر فرعي سټیټونو له مینځه وړلو سره (لکه هغه چې په CVD ګرافین کې کارول کیږي) ، موږ د NGF پاک او له عیب څخه پاک لوند لیږد ترلاسه کوو (د نکل ورق شاته او مخکینۍ خوا ته کرل شوي) د پروسې مهم فرعي برخو ته. په پام کې نیولو سره، NGF کې FLG او MLG سیمې شاملې دي (په عموم ډول په 100 µm2 کې 0.1٪ څخه تر 3٪ پورې) چې په ساختماني ډول په موټی فلم کې یوځای شوي. پلانر TEM ښیي چې دا سیمې د دوو څخه تر دریو ګرافیت / ګرافین ذراتو (کرسټال یا پرتونو، په ترتیب سره) د ډډونو څخه جوړ شوي دي، چې ځینې یې د 10-20 ° د څرخیدو سره مطابقت لري. د FLG او MLG سیمې د لیدلو وړ رڼا ته د FS-NGF روڼتیا مسولیت لري. لکه څنګه چې د شا شیټونو لپاره، دوی د مخکینۍ شیټونو سره موازي لیږدول کیدی شي او لکه څنګه چې ښودل شوي، کولی شي فعال هدف ولري (د بیلګې په توګه، د ګاز کشف لپاره). دا مطالعات د صنعتي پیمانه CVD پروسو کې د ضایعاتو او لګښتونو کمولو لپاره خورا ګټور دي.
په عموم کې، د CVD NGF منځنۍ ضخامت د (ټيټ- او څو پرت) ګرافین او صنعتي (مایکرومیټر) ګرافیت شیټونو ترمنځ دی. د دوی په زړه پورې ملکیتونو لړۍ ، د ساده میتود سره یوځای چې موږ د دوی تولید او ټرانسپورټ لپاره رامینځته کړی ، دا فلمونه په ځانګړي توګه د غوښتنلیکونو لپاره مناسب کوي چې د ګرافیټ فعال غبرګون ته اړتیا لري ، پرته له دې چې د انرژي متمرکز صنعتي تولید پروسې مصرف کړي.
د 25-μm په اندازه د نکل ورق (99.5٪ پاکوالی، Goodfellow) په سوداګریز CVD ریکټور کې نصب شوی (Aixtron 4-inch BMPro). سیسټم د ارګون سره پاک شوی او د 10-3 mbar بیس فشار ته لیږدول شوی. بیا د نکل ورق کېښودل شو. په Ar/H2 کې (د 5 دقیقو لپاره د Ni ورق له مخکې انیل کولو وروسته، ورق د 500 mbar په 900 °C کې د فشار سره مخ شو. NGF د 5 دقیقو لپاره د CH4/H2 په جریان کې (هر 100 cm3) کې زیرمه شو. بیا نمونه د 700 ° C څخه ښکته تودوخې ته د ار فلو (4000 cm3) په کارولو سره په 40 ° C/min کې د NGF د ودې پروسې د اصلاح کولو توضیحات په بل ځای کې تشریح شوي.
د نمونې سطحي مورفولوژي د SEM لخوا د Zeiss Merlin مایکروسکوپ (1 kV، 50 PA) په کارولو سره لیدل شوې. د نمونې د سطحې خړپړتیا او د NGF ضخامت د AFM (Dimension Icon SPM، Bruker) په کارولو سره اندازه شوي. د TEM او SAED اندازه کول د FEI Titan 80-300 مکعب مایکروسکوپ په کارولو سره ترسره شوي چې د لوړ روښانتیا ساحې اخراج ټوپک (300 kV) سره مجهز شوي، د FEI وین ډول مونوکرومټر او د CEOS لینز کروی تخریب سمون کونکي د وروستیو پایلو ترلاسه کولو لپاره. ځایي ریزولوشن 0.09 nm د NGF نمونې د فلیټ TEM امیجنگ او SAED جوړښت تحلیل لپاره د کاربن لیسي لیپت شوي مسو گرډونو ته لیږدول شوي. په دې توګه، ډیری نمونې فلوکونه د ملاتړي غشا په سوري کې ځنډول شوي. د NGF لیږدول شوي نمونې د XRD لخوا تحلیل شوي. د ایکس رې د توپیر نمونې د پوډر ډیفراکټومیټر په کارولو سره ترلاسه شوي (Brucker، D2 فیز شفټر د Cu Kα سرچینې سره، 1.5418 Å او LYNXEYE detector) د Cu تابکاری سرچینې په کارولو سره چې د بیم ځای قطر 3 mm دی.
د رامان پوائنټ څو اندازه اندازه کول د ادغام کنفوکال مایکروسکوپ (الفا 300 RA، WITeC) په کارولو سره ثبت شوي. د 532 nm لیزر د ټیټ جوش ځواک (25٪) سره د تودوخې هڅولو اغیزو مخنیوي لپاره کارول شوی. د ایکس رې فوټو الیکټرون سپیکٹروسکوپي (XPS) د کراتوس اکسس الټرا سپیکٹرومیټر کې د 300 × 700 μm2 نمونې ساحه کې د مونوکرومیټ Al Kα تابکاری (hν = 1486.6 eV) په کارولو سره ترسره شوې چې د 150 W په ځواک کې د ریزولوشن سپیکٹرا ترلاسه شوې. د لیږد انرژي په ترتیب سره د 160 eV او 20 eV. د NGF نمونې چې په SiO2 کې لیږدول شوي په ټوټو ویشل شوي (هر 3 × 10 mm2) د PLS6MW (1.06 μm) ytterbium فایبر لیزر په 30 W کې. د مسو تار تماسونه (50 μm ضخامت) د نظری مایکروسکوپ لاندې د سپینو زرو پیسټ په کارولو سره جوړ شوي. د بریښنایی ټرانسپورټ او د هال اغیزې تجربې په دې نمونو کې په 300 K کې ترسره شوې او د فزیکي ملکیتونو اندازه کولو سیسټم (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA) کې د ± 9 Tesla مقناطیسي ساحې توپیر. لیږدول شوي UV – vis سپیکٹرا د Lambda 950 UV – vis spectrophotometer په کارولو سره د 350-800 nm NGF رینج کې د کوارټز سبسټریټس او کوارټز حوالې نمونو ته لیږدول شوي ثبت شوي.
د کیمیاوي مقاومت سینسر (انټر ډیجیټل شوي الیکټروډ چپ) د دودیز چاپ شوي سرکټ بورډ 73 سره وصل شوی و او مقاومت په لنډمهاله توګه ایستل شوی و. چاپ شوی سرکټ بورډ چې وسیله په کې موقعیت لري د تماس ټرمینالونو سره وصل دی او د ګاز سینسنګ چیمبر 74 کې دننه ځای په ځای شوی. د مقاومت اندازه کول د 1 V ولتاژ سره په دوامداره سکین سره د ګازو د افشا کیدو څخه پاکول او بیا پاکیږي. چیمبر په پیل کې د 200 سانتي مترو په اندازه د نایتروجن سره د 1 ساعت لپاره پاک شوی و ترڅو د رطوبت په شمول په چیمبر کې موجود نور ټول تحلیلونه له مینځه ویسي. بیا انفرادي تحلیلونه د N2 سلنډر په تړلو سره ورو ورو چیمبر ته د 200 cm3 په ورته جریان نرخ کې خوشې شوي.
د دې مقالې اصلاح شوې نسخه خپره شوې او د مقالې په سر کې د لینک له لارې لاسرسی کیدی شي.
Inagaki، M. او کینګ، F. کاربن مواد ساینس او ​​​​انجینري: بنسټیز. دوهمه ګڼه چاپ شوه. 2014. 542.
پیرسن، HO د کاربن، ګرافیت، الماس او فلرینیس لاسي کتاب: ملکیتونه، پروسس کول او غوښتنلیکونه. لومړۍ ګڼه تدوین شوې ده. 1994، نیو جرسي.
Tsai، W. et al. لوی ساحه څو اړخیزه ګرافین / ګرافیت فلمونه د شفاف پتلی کنډک الیکټروډونو په توګه. غوښتنلیک فزیک رایټ. 95(12)، 123115(2009).
بالانډین AA د ګرافین او نانو ساختماني کاربن موادو حرارتي ملکیتونه. نیټ. مټ. 10(8)، 569–581 (2011).
Cheng KY، Brown PW او Cahill DG د ګرافیت فلمونو حرارتي چالکتیا په Ni (111) کې د ټیټ تودوخې کیمیاوي بخار د زیرمو لخوا وده شوې. فعل مټ. انٹرفیس 3، 16 (2016).
Hesjedal, T. د ګرافین فلمونو دوامداره وده د کیمیاوي بخارونو د زیرمو په واسطه. غوښتنلیک فزیک رایټ. ۹۸(۱۳)، ۱۳۳۱۰۶(۲۰۱۱).