Nature.com වෙත පිවිසීම ගැන ඔබට ස්තුතියි. ඔබ භාවිතා කරන බ්‍රවුසරයේ අනුවාදයට සීමිත CSS සහය ඇත. හොඳම ප්රතිඵල සඳහා, ඔබ ඔබේ බ්‍රවුසරයේ නව අනුවාදයක් භාවිත කරන ලෙස අපි නිර්දේශ කරමු (නැතහොත් Internet Explorer හි අනුකූලතා ප්‍රකාරය අක්‍රිය කරන්න). මේ අතරතුර, අඛණ්ඩ සහාය සහතික කිරීම සඳහා, අපි මෝස්තරය හෝ JavaScript නොමැතිව වෙබ් අඩවිය ප්‍රදර්ශනය කරන්නෙමු.
නැනෝ පරිමාණ මිනිරන් පටල (NGFs) යනු උත්ප්‍රේරක රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීමෙන් නිපදවිය හැකි ශක්තිමත් නැනෝ ද්රව්ය වේ, නමුත් ඒවායේ මාරු වීමේ පහසුව සහ මතු පරම්පරාවේ උපාංගවල ඒවායේ භාවිතයට මතුපිට රූප විද්යාව බලපාන්නේ කෙසේද යන්න පිළිබඳව ප්‍රශ්න පවතී. මෙහිදී අපි බහු ස්ඵටික නිකල් තීරු (ප්රදේශය 55 cm2, ඝනකම 100 nm පමණ) දෙපස NGF වර්ධනය සහ එහි බහු අවයවික රහිත මාරු කිරීම (ඉදිරිපස සහ පසුපස, ප්රදේශය 6 cm2 දක්වා) වාර්තා කරමු. උත්ප්‍රේරක තීරුවල රූප විද්යාව හේතුවෙන් කාබන් පටල දෙක ඒවායේ භෞතික ගුණ සහ අනෙකුත් ලක්ෂණ (පෘෂ්ඨීය රළුබව වැනි) වෙනස් වේ. රළු පසුපස පැත්තක් සහිත NGFs NO2 හඳුනාගැනීම සඳහා හොඳින් ගැලපෙන බව අපි පෙන්නුම් කරන අතර, ඉදිරිපස පැත්තේ (2000 S/cm, පත්‍ර ප්‍රතිරෝධය - 50 ohms/m2) සුමට හා වඩා සන්නායක NGFs ශක්ය සන්නායක විය හැක. සූර්ය කෝෂයේ නාලිකාව හෝ ඉලෙක්ට්රෝඩය (එය දෘශ්ය ආලෝකයෙන් 62% සම්ප්රේෂණය කරන බැවින්). සමස්තයක් වශයෙන්, විස්තර කරන ලද වර්ධනය සහ ප්‍රවාහන ක්‍රියාවලීන් ග්රැෆීන් සහ මයික්‍රෝන ඝන මිනිරන් පටල සුදුසු නොවන තාක්‍ෂණික යෙදුම් සඳහා විකල්ප කාබන් ද්‍රව්‍යයක් ලෙස NGF අවබෝධ කර ගැනීමට උපකාරී වේ.
ග්රැෆයිට් යනු බහුලව භාවිතා වන කාර්මික ද්රව්යයකි. සැලකිය යුතු ලෙස, මිනිරන් සතුව සාපේක්ෂව අඩු ස්කන්ධ ඝනත්වය සහ ඉහළ තලයේ තාප හා විද්යුත් සන්නායකතාවයේ ගුණ ඇති අතර කටුක තාප හා රසායනික පරිසරයන්හි ඉතා ස්ථායී වේ1,2. ෆ්ලේක් ග්රැෆයිට් යනු ග්රැෆීන් පර්යේෂණ සඳහා සුප්රසිද්ධ ආරම්භක ද්රව්යයකි. තුනී පටල වලට සැකසූ විට, එය ස්මාට්ෆෝන්4,5,6,7 වැනි ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග සඳහා තාප සින්ක් ඇතුළුව, සංවේදක 8,9,10 හි සක්‍රීය ද්‍රව්‍යයක් ලෙස සහ විද්යුත් චුම්භක මැදිහත්වීම් ආරක්ෂණය සඳහා පුළුල් පරාසයක යෙදුම්වල භාවිතා කළ හැක. 12 සහ ආන්තික පාරජම්බුල 13,14 හි ලිතෝග්‍රැෆි සඳහා චිත්‍රපට, සූර්ය කෝෂවල නාලිකා සන්නයනය කිරීම15,16. මෙම සියලු යෙදුම් සඳහා, නැනෝ පරිමාණයෙන් <100 nm පාලනය වන මිනිරන් පටල විශාල ප්රදේශ (NGFs) පහසුවෙන් නිෂ්පාදනය කර ප්‍රවාහනය කළ හැකි නම් එය සැලකිය යුතු වාසියක් වනු ඇත.
ග්රැෆයිට් චිත්‍රපට විවිධ ක්‍රම මගින් නිෂ්පාදනය කෙරේ. එක් අවස්ථාවක, ග්රැෆීන් පෙති 10,11,17 නිපදවීම සඳහා කාවැද්දීම සහ ප්‍රසාරණයෙන් පසුව පිටවීම භාවිතා කරන ලදී. පතුරු තවදුරටත් අවශ්‍ය ඝනකමේ චිත්‍රපට බවට සැකසිය යුතු අතර, ඝන මිනිරන් පත්‍ර නිපදවීමට බොහෝ විට දින කිහිපයක් ගතවේ. තවත් ප්‍රවේශයක් නම් ග්‍රැෆිටබල් ඝණ පූර්වගාමීන් සමඟ ආරම්භ කිරීමයි. කර්මාන්තයේ දී, පොලිමර් තහඩු කාබන් (1000-1500 ° C දී) සහ පසුව ග්රැෆිටයිස් (2800-3200 ° C දී) හොඳින් ව්යුහගත ස්ථර ද්රව්ය සාදයි. මෙම චිත්‍රපටවල ගුණාත්මක භාවය ඉහළ මට්ටමක පැවතුනද බලශක්ති පරිභෝජනය සැලකිය යුතු 1,18,19 ක් වන අතර අවම ඝනකම මයික්‍රෝන1,18,19,20 කට සීමා වේ.
උත්ප්‍රේරක රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (CVD) යනු ඉහළ ව්‍යුහාත්මක ගුණාත්මක භාවයක් සහ සාධාරණ පිරිවැය21,22,23,24,25,26,27 සහිත ග්රැෆීන් සහ අල්ට්‍රාතින් ග්රැෆයිට් පටල (<10 nm) නිෂ්පාදනය සඳහා ප්‍රසිද්ධ ක්‍රමයකි. කෙසේ වෙතත්, ග්රැෆීන් සහ අල්ට්‍රාතින් ග්රැෆයිට් චිත්‍රපටවල වර්ධනය හා සසඳන විට, විශාල ප්‍රදේශයේ වර්ධනය සහ/හෝ CVD භාවිතා කරමින් NGF යෙදීම ඊටත් වඩා අඩුවෙන් ගවේෂණය කර ඇත11,13,29,30,31,32,33.
CVD-වර්ධනය කරන ලද ග්රැෆීන් සහ ග්රැෆයිට් පටල බොහෝ විට ක්රියාකාරී උපස්ථර වෙත මාරු කළ යුතුය34. මෙම තුනී පටල මාරු කිරීම් වලට ප්‍රධාන ක්‍රම දෙකක් ඇතුළත් වේ35: (1) කැටයම් නොවන මාරු36,37 සහ (2) etch මත පදනම් වූ තෙත් රසායනික හුවමාරුව (උපස්ථරය සහය දක්වයි)14,34,38. සෑම ක්‍රමයකටම යම් වාසි සහ අවාසි ඇති අතර වෙනත් තැන්වල විස්තර කර ඇති පරිදි, අපේක්ෂිත යෙදුම මත පදනම්ව තෝරා ගත යුතුය35,39. උත්ප්‍රේරක උපස්ථර මත වගා කරන ලද ග්රැෆීන්/මිනිරන් පටල සඳහා, තෙත් රසායනික ක්‍රියාවලීන් හරහා මාරු කිරීම (ඒවායින් බහුලව භාවිතා වන ආධාරක ස්ථරය වන්නේ පොලිමෙතිල් මෙතක්‍රිලේට් (PMMA)) පළමු තේරීම ලෙස පවතී13,30,34,38,40,41,42. ඔබ සහ අල්. NGF මාරු කිරීම සඳහා බහුඅවයවයක් භාවිතා නොකළ බව සඳහන් කරන ලදී (නියැදි ප්‍රමාණය දළ වශයෙන් 4 cm2)25,43, නමුත් නියැදි ස්ථායීතාවය සහ/හෝ මාරු කිරීමේදී හැසිරවීම සම්බන්ධයෙන් කිසිදු විස්තරයක් සපයා නැත; පොලිමර් භාවිතා කරන තෙත් රසායන විද්‍යා ක්‍රියාවලීන් 30,38,40,41,42 පූජා කිරීමේ බහු අවයවික ස්ථරයක් යෙදීම සහ පසුව ඉවත් කිරීම ඇතුළු පියවර කිහිපයකින් සමන්විත වේ. මෙම ක්‍රියාවලියට අවාසි ඇත: නිදසුනක් ලෙස, බහු අවයවික අපද්රව්ය වැඩුණු චිත්රපටයේ ගුණාංග වෙනස් කළ හැකිය38. අමතර සැකසුම් මගින් අවශේෂ පොලිමර් ඉවත් කළ හැක, නමුත් මෙම අතිරේක පියවරයන් චිත්‍රපට නිෂ්පාදනයේ පිරිවැය සහ කාලය වැඩි කරයි38,40. CVD වර්ධනයේදී, ග්රැෆීන් තට්ටුවක් උත්ප්‍රේරක තීරුවේ ඉදිරිපස පැත්තේ (වාෂ්ප ප්‍රවාහයට මුහුණ ලා ඇති පැත්ත) පමණක් නොව එහි පිටුපස පැත්තේද තැන්පත් වේ. කෙසේ වෙතත්, පසුකාලීනව අපද්රව්ය නිෂ්පාදනයක් ලෙස සලකනු ලබන අතර මෘදු ප්ලාස්මා 38,41 මගින් ඉක්මනින් ඉවත් කළ හැකිය. මෙම චිත්රපටය ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීමෙන් ෆේස් කාබන් පටලයට වඩා ගුණාත්මක බවින් අඩු වුවද අස්වැන්න උපරිම කර ගැනීමට උපකාරී වේ.
CVD මගින් බහු ස්ඵටික නිකල් තීරු මත ඉහළ ව්‍යුහාත්මක ගුණාත්මක භාවයකින් යුත් NGF හි වේෆර් පරිමාණ ද්විපාර්ශ්වික වර්ධනය සකස් කිරීම මෙහිදී අපි වාර්තා කරමු. තීරුවේ ඉදිරිපස සහ පසුපස පෘෂ්ඨයේ රළුබව NGF හි රූප විද්‍යාවට සහ ව්‍යුහයට බලපාන ආකාරය තක්සේරු කරන ලදී. අපි නිකල් තීරු දෙපස සිට බහුකාර්ය උපස්ථරවලට NGF පිරිවැය-ඵලදායී සහ පරිසර හිතකාමී පොලිමර්-නිදහස් මාරු කිරීම පෙන්නුම් කරන අතර විවිධ යෙදුම් සඳහා ඉදිරිපස සහ පසුපස චිත්‍රපට සුදුසු වන්නේ කෙසේදැයි පෙන්වමු.
පහත කොටස් මගින් ගොඩගැසී ඇති ග්රැෆයිට් ස්තර ගණන අනුව විවිධ මිනිරන් පටල ඝණකම සාකච්ඡා කරයි: (i) තනි ස්ථර ග්රැෆීන් (SLG, 1 ස්ථරය), (ii) ස්තර කිහිපයක් (FLG, < 10 ස්ථර), (iii) බහු ස්ථර ග්රැෆීන් ( MLG, ස්ථර 10-30) සහ (iv) NGF (~300 ස්ථර). දෙවැන්න ප්‍රදේශයේ ප්‍රතිශතයක් ලෙස ප්‍රකාශිත වඩාත් පොදු ඝනකමයි (ආසන්න වශයෙන් 100 µm2ට 97% ප්රදේශය)30. ඒ නිසා තමයි මුළු චිත්‍රපටියටම සරලව කියන්නේ NGF කියලා.
ග්රැෆීන් සහ ග්රැෆයිට් චිත්‍රපට සංශ්ලේෂණය සඳහා භාවිතා කරන බහු ස්ඵටික නිකල් තීරු ඒවායේ නිෂ්පාදනයේ සහ පසුව සැකසීමේ ප්රතිඵලයක් ලෙස විවිධ වයනය ඇත. අපි මෑතකදී NGF30 හි වර්ධන ක්රියාවලිය ප්‍රශස්ත කිරීම සඳහා අධ්‍යයනයක් වාර්තා කළෙමු. ඒකාකාර ඝනකමේ NGFs ලබා ගැනීමේදී වර්ධන අවධියේදී නිර්වින්දන කාලය සහ කුටීර පීඩනය වැනි ක්‍රියාවලි පරාමිතීන් තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරන බව අපි පෙන්වමු. මෙහිදී, අපි නිකල් තීරුවල ඔප දැමූ ඉදිරිපස (FS) සහ නොකැඩූ පසුපස (BS) මතුපිට NGF වර්ධනය පිළිබඳව තවදුරටත් විමර්ශනය කළෙමු (රූපය 1a). වගුව 1 හි ලැයිස්තුගත කර ඇති FS සහ BS සාම්පල වර්ග තුනක් පරීක්ෂා කරන ලදී. දෘෂ්‍ය පරීක්ෂාවේදී, නිකල් තීරු (NiAG) දෙපස NGF ඒකාකාර වර්ධනයක් ලාක්ෂණික ලෝහමය රිදී වලින් තොග Ni උපස්ථරයේ වර්ණය වෙනස් කිරීම මගින් දැකිය හැකිය. අළු සිට මැට් අළු වර්ණය (රූපය 1a); අන්වීක්ෂීය මිනුම් තහවුරු කර ඇත (රූපය 1b, c). දීප්තිමත් කලාපයේ නිරීක්ෂණය කරන ලද සහ රූප සටහන 1b හි රතු, නිල් සහ තැඹිලි ඊතල මගින් දැක්වෙන FS-NGF හි සාමාන්ය රාමන් වර්ණාවලියක් රූප සටහන 1c හි පෙන්වා ඇත. ග්රැෆයිට් G (1683 cm−1) සහ 2D (2696 cm−1) හි ලාක්ෂණික රාමන් ශිඛර ඉතා ස්ඵටිකරූපී NGF වර්ධනය තහවුරු කරයි (රූපය 1c, වගුව SI1). චිත්රපටය පුරාවට, තීව්‍රතා අනුපාතය (I2D/IG) ~0.3 සහිත රාමන් වර්ණාවලිවල ප්‍රමුඛතාවයක් නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර, I2D/IG = 0.8 සහිත රාමන් වර්ණාවලිය කලාතුරකින් නිරීක්ෂණය විය. සම්පූර්ණ චිත්රපටයේ දෝෂ සහිත උච්ච (D = 1350 cm-1) නොමැති වීම NGF වර්ධනයේ ඉහළ ගුණාත්මක බව පෙන්නුම් කරයි. සමාන රාමන් ප්රතිඵල BS-NGF නියැදිය මත ලබා ගන්නා ලදී (රූපය SI1 a සහ b, වගුව SI1).
NiAG FS- සහ BS-NGF සංසන්දනය: (අ) වේෆර් පරිමාණයෙන් (55 cm2) NGF වර්ධනය පෙන්වන සාමාන්ය NGF (NiAG) නියැදියක ඡායාරූපය සහ එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස BS- සහ FS-Ni තීරු සාම්පල, (b) FS-NGF දෘෂ්‍ය අන්වීක්ෂයකින් ලබාගත් රූප/ Ni, (c) b පැනලයේ විවිධ ස්ථානවල සටහන් කර ඇති සාමාන්ය රමන් වර්ණාවලි, (d, f) FS-NGF/Ni මත විවිධ විශාලනවලදී SEM රූප, (e, g) විවිධ විශාලනවලදී SEM රූප BS -NGF/Ni සකසයි. නිල් ඊතලයෙන් FLG කලාපය ද, තැඹිලි ඊතලයෙන් MLG කලාපය ද (FLG කලාපය අසල), රතු ඊතලයෙන් NGF කලාපය ද, මැජෙන්ටා ඊතලය නැමීම ද දක්වයි.
වර්ධනය ආරම්භක උපස්ථරයේ ඝනකම, ස්ඵටික ප්‍රමාණය, දිශානතිය සහ ධාන්ය මායිම් මත රඳා පවතින බැවින්, විශාල ප්රදේශ මත NGF ඝණකම සාධාරණ පාලනයක් සාක්ෂාත් කර ගැනීම අභියෝගයක් ලෙස පවතී. මෙම අධ්යයනය අප කලින් ප්‍රකාශයට පත් කළ අන්තර්ගතය භාවිතා කර ඇත30. මෙම ක්රියාවලිය 100 µm230 ට 0.1 සිට 3% දක්වා දීප්තිමත් කලාපයක් නිපදවයි. පහත කොටස් වල, අපි කලාප වර්ග දෙකම සඳහා ප්රතිඵල ඉදිරිපත් කරමු. ඉහළ විශාලන SEM පින්තූර දෙපස දීප්තිමත් ප්‍රතිවිරුද්ධ ප්රදේශ කිහිපයක් ඇති බව පෙන්වයි (රූපය 1f,g), FLG සහ MLG කලාප30,45 පවතින බව පෙන්නුම් කරයි. මෙය රමන් විසිරීම (රූපය 1c) සහ TEM ප්රතිඵල මගින් ද තහවුරු කරන ලදී (පසුව "FS-NGF: ව්යුහය සහ ගුණාංග" කොටසේ සාකච්ඡා කෙරේ). FS- සහ BS-NGF/Ni සාම්පල මත නිරීක්ෂණය කරන ලද FLG සහ MLG කලාප (Ni මත වර්ධනය වන ඉදිරිපස සහ පසුපස NGF) පෙර-ඇනීලිං 22,30,45 තුළ සාදන ලද විශාල Ni(111) ධාන්ය මත වර්ධනය වන්නට ඇත. දෙපස නැවීම නිරීක්ෂණය කරන ලදී (රූපය 1b, දම් පැහැති ඊතල වලින් සලකුණු කර ඇත). මිනිරන් සහ නිකල් උපස්ථරය අතර තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකයේ විශාල වෙනස හේතුවෙන් මෙම නැමීම් බොහෝ විට CVD-වර්ධනය කරන ලද ග්රැෆීන් සහ ග්රැෆයිට් චිත්‍රපටවල දක්නට ලැබේ30,38.
FS-NGF නියැදිය BS-NGF නියැදියට වඩා පැතලි බව AFM රූපය තහවුරු කළේය (රූපය SI1) (Figure SI2). FS-NGF/Ni (Fig. SI2c) සහ BS-NGF/Ni (Fig. SI2d) හි මූල මධ්‍යන්‍ය වර්ග (RMS) රළු අගයන් පිළිවෙලින් 82 සහ 200 nm වේ (20 × ප්‍රදේශයක් පුරා මනිනු ලැබේ. 20 μm2). ලැබුණු පරිදි නිකල් (NiAR) තීරු මතුපිට විශ්ලේෂණය මත පදනම්ව ඉහළ රළු බව තේරුම් ගත හැකිය (රූපය SI3). FS සහ BS-NiAR හි SEM රූප SI3a-d රූපවල දක්වා ඇත, විවිධ පෘෂ්ඨීය රූප විද්යාව විදහා දක්වයි: ඔප දැමූ FS-Ni තීරුවල නැනෝ සහ මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ ගෝලාකාර අංශු ඇති අතර ඔප දැමූ BS-Ni තීරු නිෂ්පාදන ඉණිමඟක් පෙන්වයි. ඉහළ ශක්තියක් සහිත අංශු ලෙස. සහ පහත වැටීම. ඇනීල් කරන ලද නිකල් තීරු (NiA) හි අඩු සහ ඉහළ විභේදන රූප SI3e-h රූපයේ දැක්වේ. මෙම සංඛ්‍යාවල, නිකල් තීරුවේ දෙපැත්තේ මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ නිකල් අංශු කිහිපයක් තිබීම අපට නිරීක්ෂණය කළ හැක (රූපය SI3e-h). විශාල ධාන්ය වලට Ni(111) මතුපිට දිශානතියක් තිබිය හැක, කලින් වාර්තා කළ පරිදි30,46. FS-NiA සහ BS-NiA අතර නිකල් තීරු රූප විද්‍යාවේ සැලකිය යුතු වෙනස්කම් තිබේ. BS-NGF/Ni හි ඉහළ රළුබව BS-NiAR හි ඔප නොදැමූ මතුපිට නිසා ඇති වන අතර, එහි මතුපිට ඇනීල් කිරීමෙන් පසුව පවා සැලකිය යුතු ලෙස රළු වේ (රූපය SI3). වර්ධන ක්‍රියාවලියට පෙර මෙම ආකාරයේ මතුපිට ගුනාංගීකරනය ග්රැෆීන් සහ ග්රැෆයිට් පටලවල රළුබව පාලනය කිරීමට ඉඩ සලසයි. ග්රැෆීන් වර්ධනයේදී මුල් උපස්ථරය යම් ධාන්ය ප්‍රතිසංවිධානයකට ලක් වූ අතර, එමඟින් ධාන්ය ප්‍රමාණය තරමක් අඩු වූ අතර, ඇනීල් කළ තීරු සහ උත්ප්‍රේරක පටලයට සාපේක්ෂව උපස්ථරයේ මතුපිට රළුබව තරමක් වැඩි කළ බව සටහන් කළ යුතුය.
උපස්ථර මතුපිට රළුබව සියුම්ව සුසර කිරීම, ඇනීල් කිරීමේ කාලය (ධාන්ය ප්‍රමාණය)30,47 සහ මුදා හැරීම පාලනය කිරීම µm2 සහ/හෝ nm2 පරිමාණයට (එනම්, නැනෝමීටර කිහිපයක ඝණකම වෙනස්කම්) කලාපීය NGF ඝනකම ඒකාකාරිත්වය අඩු කිරීමට උපකාරී වේ. උපස්ථරයේ මතුපිට රළුබව පාලනය කිරීම සඳහා, නිකල් තීරුවල විද්යුත් විච්ඡේදක ඔප දැමීම වැනි ක්‍රම සලකා බැලිය හැකිය. විශාල Ni(111) ධාන්ය (FLG වර්ධනයට ප්රයෝජනවත්) ඇතිවීම වැලැක්වීම සඳහා පෙර පිරියම් කරන ලද නිකල් තීරු අඩු උෂ්ණත්වයකදී (< 900 °C) 46 සහ කාලය (< මිනි < 5) ඇනීල් කළ හැක.
SLG සහ FLG ග්රැෆීන් අම්ල හා ජලය මතුපිට ආතතියට ඔරොත්තු නොදෙන අතර, තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රියාවලීන්හිදී යාන්ත්‍රික ආධාරක ස්ථර අවශ්‍ය වේ22,34,38. පොලිමර්-සහාය දක්වන තනි ස්ථර ග්රැෆීන්38 හි තෙත් රසායනික හුවමාරුවට ප්‍රතිවිරුද්ධව, රූප සටහන 2a හි පෙන්වා ඇති පරිදි, වර්ධනය වූ NGF දෙපසම පොලිමර් ආධාරකයකින් තොරව මාරු කළ හැකි බව අපට පෙනී ගියේය (වැඩි විස්තර සඳහා SI4a රූපය බලන්න). ලබා දී ඇති උපස්ථරයකට NGF මාරු කිරීම ආරම්භ වන්නේ යටින් පවතින Ni30.49 චිත්රපටයේ තෙත් කැටයම් කිරීමෙනි. වගා කරන ලද NGF/Ni/NGF සාම්පල 70% HNO3 මිලිලීටර් 15ක ඩියෝනීකරණය කළ (DI) ජලය මිලි ලීටර් 600කින් තනුක කර එක රැයකින් තැන්පත් කරන ලදී. Ni තීරු සම්පූර්ණයෙන්ම විසුරුවා හැරීමෙන් පසුව, FS-NGF පැතලිව පවතින අතර NGF/Ni/NGF නියැදිය මෙන් ද්‍රවයේ මතුපිට පාවෙයි, BS-NGF ජලයේ ගිල්වනු ලැබේ (රූපය 2a,b). පසුව හුදකලා වූ NGF නැවුම් ජලය අඩංගු බීකරයකින් තවත් බීකරයකට මාරු කරන ලද අතර හුදකලා වූ NGF හොඳින් සෝදා, අවතල වීදුරු පිඟාන හරහා හතර සිට හය වතාවක් පුනරාවර්තනය විය. අවසාන වශයෙන්, FS-NGF සහ BS-NGF අපේක්ෂිත උපස්ථරය මත තබා ඇත (රූපය 2c).
නිකල් තීරු මත වගා කරන ලද NGF සඳහා පොලිමර් රහිත තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්රියාවලිය: (අ) ක්‍රියාවලි ප්‍රවාහ රූප සටහන (වැඩි විස්තර සඳහා SI4 රූපය බලන්න), (b) Ni කැටයම් කිරීමෙන් පසු වෙන් කරන ලද NGF හි ඩිජිටල් ඡායාරූපය (සාම්පල 2), (ඇ) උදාහරණ FS – සහ BS-NGF SiO2/Si උපස්ථරයට මාරු කිරීම, (d) FS-NGF පාරාන්ධ බහු අවයවික උපස්ථරයට මාරු කිරීම, (e) BS-NGF පැනලය d ලෙස එකම නියැදියෙන් (කොටස් දෙකකට බෙදා), රන් ආලේපිත C කඩදාසි වෙත මාරු කිරීම සහ Nafion (නම්යශීලී විනිවිද පෙනෙන උපස්ථරයක්, රතු කොන් වලින් සලකුණු කර ඇති දාර).
තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රම භාවිතයෙන් සිදු කරන ලද SLG හුවමාරුව සඳහා පැය 20-24 අතර සම්පූර්ණ සැකසුම් කාලය අවශ්‍ය වන බව සලකන්න 38 . මෙහි පෙන්වා ඇති පොලිමර්-නිදහස් මාරු කිරීමේ තාක්ෂණය සමඟින් (රූපය SI4a), සමස්ත NGF හුවමාරු සැකසුම් කාලය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වේ (ආසන්න වශයෙන් පැය 15). මෙම ක්රියාවලිය සමන්විත වන්නේ: (පියවර 1) කැටයම් ද්‍රාවණයක් පිළියෙළ කර සාම්පලය එහි තබන්න (මිනිත්තු 10), පසුව Ni කැටයම් කිරීම සඳහා එක රැයකින් රැඳී සිටින්න (මිනිත්තු 7200), (පියවර 2) ඩියෝනීකරණය කළ ජලයෙන් සෝදා හරින්න (පියවර - 3) . deionized ජලය ගබඩා කිරීම හෝ ඉලක්ක උපස්ථරයට මාරු කිරීම (විනාඩි 20). NGF සහ තොග අනුකෘතිය අතර සිරවී ඇති ජලය කේශනාලිකා ක්‍රියාවෙන් ඉවත් කරනු ලැබේ (බ්ලොටිං කඩදාසි භාවිතයෙන්) විනාඩි 50-90 °C (මිනිත්තු 60) රික්ත උඳුනක (10-1 mbar) 38.
මිනිරන් තරමක් ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී (≥ 200 °C)50,51,52 ජලය සහ වාතය පැවතීමට ඔරොත්තු දෙන බව දන්නා කරුණකි. අපි දින කිහිපයක් සිට වසරක් දක්වා ඕනෑම තැනක කාමර උෂ්ණත්වයේ සහ මුද්‍රා තැබූ බෝතල්වල ඩියෝනීකරණය කළ ජලයේ ගබඩා කිරීමෙන් පසු රමන් වර්ණාවලීක්ෂය, SEM සහ XRD භාවිතයෙන් සාම්පල පරීක්ෂා කළෙමු (රූපය SI4). සැලකිය යුතු පිරිහීමක් නොමැත. රූප සටහන 2c මගින් ඩියෝනීකරණය කළ ජලයේ නිදහස් FS-NGF සහ BS-NGF පෙන්වයි. රූප සටහන 2c හි ආරම්භයේ පෙන්වා ඇති පරිදි අපි ඒවා SiO2 (300 nm)/Si උපස්ථරයක් මත අල්ලා ගත්තෙමු. අතිරේකව, රූප සටහන 2d,e හි පෙන්වා ඇති පරිදි, අඛණ්ඩ NGF බහු අවයවක (Nexolve සහ Nafion වෙතින් Thermabright polyamide) සහ රන් ආලේපිත කාබන් කඩදාසි වැනි විවිධ උපස්ථර වෙත මාරු කළ හැක. පාවෙන FS-NGF පහසුවෙන් ඉලක්ක උපස්ථරය මත තබා ඇත (රූපය 2c, d). කෙසේ වෙතත්, 3 cm2 ට වඩා විශාල BS-NGF සාම්පල සම්පූර්ණයෙන්ම ජලයේ ගිල්වන විට හැසිරවීමට අපහසු විය. සාමාන්යයෙන්, ඔවුන් ජලයේ පෙරළීමට පටන් ගන්නා විට, නොසැලකිලිමත් ලෙස හැසිරවීම හේතුවෙන් ඒවා සමහර විට කොටස් දෙකකට හෝ තුනකට කැඩී යයි (රූපය 2e). සමස්තයක් වශයෙන්, අපි පිළිවෙලින් 6 සහ 3 cm2 දක්වා ප්රදේශය දක්වා සාම්පල සඳහා PS- සහ BS-NGF (6 cm2 දී NGF/Ni/NGF වර්ධනයකින් තොරව අඛණ්ඩ බාධාවකින් තොරව මාරු කිරීම) බහුඅවයවයකින් තොරව හුවමාරු කර ගැනීමට හැකි විය. ඉතිරිව ඇති ඕනෑම විශාල හෝ කුඩා කැබලි අපේක්ෂිත උපස්ථරය මත (ඉතුරු කැටයම් ද්‍රාවණයේ හෝ ඩයෝනීකරණය කළ ජලයේ පහසුවෙන් දැකිය හැක) (~1 mm2, SI4b රූපය, "FS-NGF: ව්යුහය සහ ගුණ (සාකච්ඡා කරන ලද) පරිදි තඹ ජාලයට මාරු කරන ලද නියැදිය බලන්න. "ව්යුහය සහ ගුණාංග" යටතේ) හෝ අනාගත භාවිතය සඳහා ගබඩා කරන්න (රූපය SI4). මෙම නිර්ණායකය මත පදනම්ව, අපි ඇස්තමේන්තු කරන්නේ NGF 98-99% දක්වා අස්වැන්නක් ලබා ගත හැකි බවයි (මාරු කිරීම සඳහා වර්ධනයෙන් පසු).
පොලිමර් නොමැතිව මාරු සාම්පල විස්තරාත්මකව විශ්ලේෂණය කරන ලදී. දෘශ්ය අන්වීක්ෂ (OM) සහ SEM රූප (පය. SI5 සහ Fig. 3) භාවිතයෙන් FS- සහ BS-NGF/SiO2/Si (Fig. 2c) මත ලබාගත් මතුපිට රූප විද්‍යාත්මක ලක්ෂණ පෙන්නුම් කළේ මෙම සාම්පල අන්වීක්ෂයකින් තොරව මාරු කර ඇති බවයි. ඉරිතැලීම්, සිදුරු, හෝ පෙරළුණු ප්රදේශ වැනි දෘශ්ය ව්‍යුහාත්මක හානි. වර්ධනය වන NGF මත ඇති නැමීම් (රූපය 3b, d, දම් පැහැති ඊතල මගින් සලකුණු කර ඇත) මාරු කිරීමෙන් පසුව නොවෙනස්ව පැවතුනි. FS- සහ BS-NGF දෙකම FLG කලාප වලින් සමන්විත වේ (රූපය 3 හි නිල් ඊතල මගින් දැක්වෙන දීප්තිමත් කලාප). පුදුමයට කරුණක් නම්, අල්ට්‍රාතින් ග්රැෆයිට් පටලවල පොලිමර් මාරු කිරීමේදී සාමාන්යයෙන් නිරීක්ෂණය කරන ලද හානියට පත් ප්රදේශ කිහිපයට ප්‍රතිවිරුද්ධව, NGF වෙත සම්බන්ධ වන මයික්‍රෝන ප්‍රමාණයේ FLG සහ MLG කලාප කිහිපයක් (රූපය 3d හි නිල් ඊතල මගින් සලකුණු කර ඇත) ඉරිතැලීම් හෝ බිඳීම් නොමැතිව මාරු කරනු ලැබේ (රූපය 3d) . 3) . පසුව සාකච්ඡා කළ පරිදි (“FS-NGF: ව්යුහය සහ ගුණ”) ලේස්-කාබන් තඹ ජාල වෙත මාරු කරන ලද NGF හි TEM සහ SEM රූප භාවිතයෙන් යාන්ත්‍රික අඛණ්ඩතාව තවදුරටත් තහවුරු කරන ලදී. මාරු කරන ලද BS-NGF/SiO2/Si රූපය SI6a සහ b (20 × 20 μm2) හි පෙන්වා ඇති පරිදි පිළිවෙලින් 140 nm සහ 17 nm rms අගයන් සහිත FS-NGF/SiO2/Si වලට වඩා රළු වේ. SiO2/Si උපස්ථරය වෙත මාරු කරන ලද NGF හි RMS අගය (RMS <2 nm) Ni මත වැඩුණු NGF අගයට වඩා (3 ගුණයක් පමණ) සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වේ (රූපය SI2), අමතර රළුබව Ni මතුපිටට අනුරූප විය හැකි බව පෙන්නුම් කරයි. මීට අමතරව, FS- සහ BS-NGF/SiO2/Si සාම්පලවල දාරවල සිදු කරන ලද AFM රූප පිළිවෙළින් 100 සහ 80 nm NGF ඝණකම පෙන්නුම් කරයි (රූපය SI7). BS-NGF හි කුඩා ඝනකම පූර්වගාමී වායුවට මතුපිට සෘජුව නිරාවරණය නොවීම නිසා විය හැක.
SiO2/Si වේෆර් මත බහුඅවයවයකින් තොරව මාරු කරන ලද NGF (NiAG) (රූපය 2c බලන්න): (a,b) මාරු කළ FS-NGF හි SEM රූප: අඩු සහ ඉහළ විශාලනය (පැනලයේ තැඹිලි චතුරස්‍රයට අනුරූප වේ). සාමාන්ය ප්රදේශ) - a). (c,d) මාරු කරන ලද BS-NGF හි SEM රූප: අඩු සහ ඉහළ විශාලනය (c පුවරුවේ තැඹිලි චතුරස්‍රය මගින් පෙන්වන සාමාන්ය ප්‍රදේශයට අනුරූප වේ). (e, f) මාරු කළ FS- සහ BS-NGF වල AFM රූප. නිල් ඊතලය FLG කලාපය නියෝජනය කරයි - දීප්තිමත් වෙනස, සයන් ඊතලය - කළු MLG වෙනස, රතු ඊතලය - කළු පරස්පරතාව NGF කලාපය නියෝජනය කරයි, මැජෙන්ටා ඊතලය නැමීම නියෝජනය කරයි.
වර්ධනය වූ සහ මාරු කරන ලද FS- සහ BS-NGF වල රසායනික සංයුතිය X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) මගින් විශ්ලේෂණය කරන ලදී (රූපය 4). වර්ධනය වූ FS- සහ BS-NGFs (NiAG) හි Ni උපස්ථරයට (850 eV) අනුරූප වන මනින ලද වර්ණාවලි (රූපය 4a, b) හි දුර්වල උච්චයක් නිරීක්ෂණය කරන ලදී. මාරු කළ FS- සහ BS-NGF/SiO2/Si හි මනින ලද වර්ණාවලිවල උච්චයන් නොමැත (රූපය 4c; BS-NGF/SiO2/Si සඳහා සමාන ප්රතිඵල පෙන්වා නැත), මාරු කිරීමෙන් පසු අවශේෂ Ni දූෂණයක් නොමැති බව පෙන්නුම් කරයි. . රූප සටහන 4d-f මගින් FS-NGF/SiO2/Si හි C 1 s, O 1 s සහ Si 2p ශක්ති මට්ටම්වල අධි-විභේදන වර්ණාවලිය පෙන්වයි. ග්රැෆයිට් C 1 s හි බන්ධන ශක්තිය 284.4 eV53.54 වේ. මිනිරන් ශිඛරවල රේඛීය හැඩය සාමාන්යයෙන් රූප සටහන 4d54 හි දැක්වෙන පරිදි අසමමිතික ලෙස සැලකේ. අධි-විභේදන මූලික මට්ටමේ C 1 s වර්ණාවලිය (පය. 4d) ද පෙර අධ්‍යයනයන්ට අනුකූල වන පිරිසිදු හුවමාරුව (එනම්, බහු අවයවික අපද්රව්ය නොමැත) තහවුරු කරන ලදී38. අලුතින් වැඩුණු නියැදියේ (NiAG) C 1 s වර්ණාවලියේ රේඛා පළල සහ මාරු කිරීමෙන් පසු පිළිවෙලින් 0.55 සහ 0.62 eV වේ. මෙම අගයන් SLG වලට වඩා වැඩිය (SiO2 උපස්ථරයක් මත SLG සඳහා 0.49 eV)38. කෙසේ වෙතත්, මෙම අගයන් ඉහළ දිශානුගත පයිෙරොලිටික් ග්රැෆීන් සාම්පල (~0.75 eV)53,54,55 සඳහා කලින් වාර්තා කළ රේඛීය පළලට වඩා කුඩා වන අතර, එය වත්මන් ද්‍රව්‍යයේ දෝෂ සහිත කාබන් අඩවි නොමැති බව පෙන්නුම් කරයි. C 1 s සහ O 1 s බිම් මට්ටමේ වර්ණාවලි ද උරහිස් නොමැති අතර, අධි-විභේදන උච්ච deconvolution54 සඳහා අවශ්‍යතාවය ඉවත් කරයි. 291.1 eV පමණ වන π → π* චන්ද්‍රිකා මුදුනක් ඇත, එය බොහෝ විට මිනිරන් සාම්පලවල නිරීක්ෂණය වේ. Si 2p සහ O 1 s මූලික මට්ටමේ වර්ණාවලියේ 103 eV සහ 532.5 eV සංඥා (රූපය 4e, f බලන්න) පිළිවෙලින් SiO2 56 උපස්ථරයට ආරෝපණය කර ඇත. XPS යනු මතුපිට සංවේදී තාක්‍ෂණයකි, එබැවින් NGF මාරු කිරීමට පෙර සහ පසුව පිළිවෙළින් අනාවරණය කරගත් Ni සහ SiO2 ට අනුරූප සංඥා FLG කලාපයෙන් ආරම්භ වේ යැයි උපකල්පනය කෙරේ. මාරු කරන ලද BS-NGF සාම්පල සඳහා සමාන ප්රතිඵල නිරීක්ෂණය කරන ලදී (පෙන්වන්නේ නැත).
NiAG XPS ප්රතිඵල: (ac) පිළිවෙළින් වැඩුණු FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni සහ මාරු කරන ලද FS-NGF/SiO2/Si හි විවිධ මූලද්‍රව්‍ය පරමාණු සංයුතියේ සමීක්ෂණ වර්ණාවලිය. (d-f) FS-NGF/SiO2/Si සාම්පලයේ C 1 s, O 1s සහ Si 2p මූලික මට්ටම්වල අධි-විභේදන වර්ණාවලිය.
මාරු කරන ලද NGF ස්ඵටිකවල සමස්ත ගුණාත්මක භාවය X-ray විවර්තනය (XRD) භාවිතයෙන් තක්සේරු කරන ලදී. මාරු කරන ලද FS- සහ BS-NGF/SiO2/S හි සාමාන්ය XRD රටා (රූපය SI8) මිනිරන් හා සමාන 26.6 ° සහ 54.7 ° හි විවර්තන උච්ච (0 0 0 2) සහ (0 0 0 4) පවතින බව පෙන්නුම් කරයි. . මෙය NGF හි ඉහළ ස්ඵටික ගුණය තහවුරු කරන අතර මාරු කිරීමේ පියවරෙන් පසුව පවත්වාගෙන යනු ලබන d = 0.335 nm හි අන්තර් ස්ථර දුරකට අනුරූප වේ. විවර්තන උච්චයේ (0 0 0 2) තීව්‍රතාවය විවර්තන උච්චයේ (0 0 0 4) ආසන්න වශයෙන් 30 ගුණයක් වන අතර, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ NGF ස්ඵටික තලය නියැදි මතුපිට සමඟ හොඳින් පෙලගැසී ඇති බවයි.
SEM, Raman spectroscopy, XPS සහ XRD හි ප්‍රතිඵලවලට අනුව, BS-NGF/Ni වල ගුණාත්මක භාවය FS-NGF/Ni වලට සමාන බව සොයා ගන්නා ලදී, නමුත් එහි rms රළුබව තරමක් වැඩි විය (Figures SI2, SI5) සහ SI7).
200 nm ඝනකම දක්වා පොලිමර් ආධාරක ස්ථර සහිත SLG වලට ජලය මත පාවිය හැක. මෙම සැකසුම බහුලව භාවිතා වන්නේ පොලිමර් ආධාරක තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රියාවලි 22,38. ග්රැෆීන් සහ ග්රැෆයිට් හයිඩ්‍රොෆෝබික් (තෙත් කෝණය 80-90°) 57 . ග්රැෆීන් සහ එෆ්එල්ජී යන දෙකෙහිම විභව ශක්ති පෘෂ්ඨයන් තරමක් පැතලි බව වාර්තා වී ඇති අතර, මතුපිට ජලයේ පාර්ශ්වික චලනය සඳහා අඩු විභව ශක්තියක් (~1 kJ/mol) ඇත. කෙසේ වෙතත්, ග්රැෆීන් සහ ග්රැෆීන් ස්ථර තුනක් සමඟ ජලයේ ගණනය කළ අන්තර්ක්‍රියා ශක්තීන් පිළිවෙලින් − 13 සහ - 15 kJ/mol,58 වේ, එයින් පෙන්නුම් කරන්නේ ග්රැෆීන් හා සසඳන විට NGF (ස්ථර 300 ක් පමණ) සමඟ ජලයේ අන්තර්ක්‍රියා අඩු බවයි. නිදහස් ග්රැෆීන් (ජලයේ පාවෙන) රැලි වී බිඳී යන අතරම, නිදහස් NGF ජල මතුපිට සමතලා වීමට මෙය එක් හේතුවක් විය හැක. NGF සම්පූර්ණයෙන්ම ජලයේ ගිල්වන විට (රළු සහ පැතලි NGF සඳහා ප්රතිඵල සමාන වේ), එහි දාර නැමෙයි (Figure SI4). සම්පූර්ණ ගිල්වීමකදී, NGF-ජල අන්තර්ක්‍රියා ශක්තිය දෙගුණයකට ආසන්න (පාවෙන NGF හා සසඳන විට) දෙගුණයක් වන අතර ඉහළ ස්පර්ශක කෝණයක් (හයිඩ්‍රොෆෝබිසිටි) පවත්වා ගැනීම සඳහා NGF නැමීමේ දාර අපේක්ෂා කෙරේ. කාවැද්දූ NGF වල දාර රැලි ගැසීම වළක්වා ගැනීමට උපාය මාර්ග සකස් කළ හැකි බව අපි විශ්වාස කරමු. එක් ප්‍රවේශයක් නම් ග්රැෆයිට් පටලයේ තෙත් කිරීමේ ප්‍රතික්‍රියාව වෙනස් කිරීම සඳහා මිශ්‍ර ද්‍රාවක භාවිතා කිරීමයි.
තෙත් රසායනික හුවමාරු ක්‍රියාවලීන් හරහා SLG විවිධ උපස්ථර වෙත මාරු කිරීම මීට පෙර වාර්තා වී ඇත. ග්රැෆීන්/මිනිරන් පටල සහ උපස්ථර අතර දුර්වල වැන් ඩර් වෝල්ස් බල පවතින බව සාමාන්යයෙන් පිළිගැනේ (එය SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si කුළුණු22 සහ lacy carbon film30, 34 හෝ නම්යශීලී උපස්ථර වැනි දෘඩ උපස්ථර වේවා. පොලිමයිඩ් 37 වැනි). මෙහිදී අපි උපකල්පනය කරන්නේ එකම ආකාරයේ අන්තර්ක්‍රියා ප්‍රමුඛ වේ. යාන්ත්‍රික හැසිරවීමේදී (රික්තක සහ/හෝ වායුගෝලීය තත්ත්‍වයන් යටතේ ගුනාංගීකරනය කිරීමේදී හෝ ගබඩා කිරීමේදී) මෙහි ඉදිරිපත් කර ඇති උපස්ථර කිසිවක් සඳහා NGF හි කිසිදු හානියක් හෝ ගැලවීමක් අපි නිරීක්ෂණය නොකළෙමු (උදා, රූපය 2, SI7 සහ SI9). ඊට අමතරව, අපි NGF/SiO2/Si සාම්පලයේ මූලික මට්ටමේ XPS C 1 s වර්ණාවලියේ SiC උච්චයක් නිරීක්ෂණය නොකළෙමු (රූපය 4). මෙම ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ NGF සහ ඉලක්ක උපස්ථරය අතර රසායනික බන්ධනයක් නොමැති බවයි.
පෙර කොටසේ, "FS- සහ BS-NGF හි බහු අවයවික-නිදහස් මාරු කිරීම", අපි නිකල් තීරු දෙපස NGF වර්ධනය හා මාරු කළ හැකි බව පෙන්නුම් කළා. මෙම FS-NGFs සහ BS-NGFs මතුපිට රළුබව අනුව සමාන නොවන අතර, එය එක් එක් වර්ගය සඳහා වඩාත් සුදුසු යෙදුම් ගවේෂණය කිරීමට අපව පොළඹවන ලදී.
FS-NGF හි විනිවිදභාවය සහ සුමට මතුපිට සැලකිල්ලට ගනිමින්, අපි එහි දේශීය ව්යුහය, දෘශ්ය සහ විද්යුත් ගුණාංග වඩාත් විස්තරාත්මකව අධ්යයනය කළා. බහු අවයවික හුවමාරුවකින් තොරව FS-NGF හි ව්යුහය සහ ව්යුහය සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්රෝන අන්වීක්ෂ (TEM) රූපකරණය සහ තෝරාගත් ප්රදේශ ඉලෙක්ට්රෝන විවර්තන (SAED) රටා විශ්ලේෂණය මගින් සංලක්ෂිත විය. අනුරූප ප්රතිඵල රූප සටහන 5 හි පෙන්වා ඇත. අඩු විශාලන තල TEM රූප මගින් විවිධ ඉලෙක්ට්රෝන ප්‍රතිවිරෝධතා ලක්ෂණ සහිත NGF සහ FLG කලාප පවතින බව අනාවරණය විය, එනම් පිළිවෙලින් අඳුරු සහ දීප්තිමත් ප්රදේශ (රූපය 5a). චිත්රපටය සමස්තයක් ලෙස NGF සහ FLG හි විවිධ ප්රදේශ අතර හොඳ යාන්ත්‍රික අඛණ්ඩතාව සහ ස්ථාවරත්වය පෙන්නුම් කරයි, හොඳ අතිච්ඡාදනය සහ හානියක් හෝ ඉරීමකින් තොරව, එය SEM (Figure 3) සහ ඉහළ විශාලන TEM අධ්‍යයනයන් (Figure 5c-e) මගින් ද තහවුරු කරන ලදී. විශේෂයෙන්ම, Figure 5d හි පාලම් ව්යුහය එහි විශාලතම කොටසෙහි (රූපය 5d හි කළු තිත් සහිත ඊතලයෙන් සලකුණු කර ඇති ස්ථානය) පෙන්නුම් කරයි, එය ත්‍රිකෝණාකාර හැඩයකින් සංලක්ෂිත වන අතර 51 ක පමණ පළලකින් යුත් ග්රැෆීන් ස්ථරයකින් සමන්විත වේ. 0.33 ± 0.01 nm අන්තර් ප්ලැනර් පරතරයක් සහිත සංයුතිය පටුම කලාපයේ ග්රැෆීන් ස්ථර කිහිපයක් දක්වා තවදුරටත් අඩු වේ (රූපය 5 d හි ඝන කළු ඊතලයේ අවසානය).
කාබන් ලැසි තඹ ජාලයක බහු අවයවික රහිත NiAG නියැදියක ප්ලැනර් TEM රූපය: (a, b) NGF සහ FLG කලාප ඇතුළුව අඩු විශාලන TEM රූප, (ce) පැනලය-a සහ පැනලය-b හි විවිධ කලාපවල ඉහළ විශාලන රූප වේ එකම වර්ණයෙන් සලකුණු කර ඇති ඊතල. a සහ c පුවරු වල හරිත ඊතල මඟින් කදම්භ පෙළගැස්මේදී හානි වූ වෘත්තාකාර ප්රදේශ දක්වයි. (f-i) පුවරු වල a සිට c දක්වා, විවිධ කලාපවල SAED රටා පිළිවෙලින් නිල්, සයන්, තැඹිලි සහ රතු කව වලින් දැක්වේ.
රූප සටහන 5c හි රිබන් ව්යුහය (රතු ඊතලයෙන් සලකුණු කර ඇත) මිනිරන් දැලිස් තලවල සිරස් දිශානතිය පෙන්නුම් කරයි, එය අතිරික්ත වන්දි නොලබන කැපුම් ආතතිය හේතුවෙන් චිත්රපටය දිගේ නැනෝෆෝල්ඩ් සෑදීම (රූපය 5c හි ඇතුළත් කිරීම) නිසා විය හැක30,61,62 . අධි-විභේදන TEM යටතේ, මෙම නැනෝ ෆෝල්ඩ් 30 සෙසු NGF කලාපයට වඩා වෙනස් ස්ඵටික දිශානතියක් ප්‍රදර්ශනය කරයි; ග්රැෆයිට් දැලිස් වල බාසල් තලය චිත්රපටයේ ඉතිරි කොටස මෙන් තිරස් අතට නොව සිරස් අතට දිශානත වී ඇත (රූපය 5c හි ඇතුළත් කර ඇත). ඒ හා සමානව, FLG කලාපය ඉඳහිට රේඛීය සහ පටු කලාප වැනි නැමීම් (නිල් ඊතල මගින් සලකුණු කර ඇත) ප්‍රදර්ශනය කරයි, ඒවා පිළිවෙලින් රූප 5b, 5e හි අඩු සහ මධ්‍යම විශාලනයකින් දිස් වේ. රූප සටහන 5e හි ඇතුලත් කිරීම මගින් FLG අංශයේ (interplanar දුර 0.33 ± 0.01 nm) ද්වි-ස්ථර ග්රැෆීන් ස්ථර පවතින බව තහවුරු කරයි, එය අපගේ පෙර ප්රතිඵල සමඟ හොඳ එකඟතාවයකි30. මීට අමතරව, ලේසි කාබන් පටල සහිත තඹ ජාල වෙත මාරු කරන ලද පොලිමර් රහිත NGF හි වාර්තාගත SEM රූප (ඉහළ-දර්ශන TEM මිනුම් සිදු කිරීමෙන් පසු) රූප සටහන SI9 හි පෙන්වා ඇත. හොඳින් අත්හිටුවන ලද FLG කලාපය (නිල් ඊතලයෙන් සලකුණු කර ඇත) සහ SI9f රූපයේ කැඩුණු කලාපය. නිල් ඊතලය (මාරු කරන ලද NGF අද්දර) හිතාමතා ඉදිරිපත් කර ඇත්තේ FLG කලාපයට බහුඅවයවයකින් තොරව මාරු කිරීමේ ක්‍රියාවලියට ප්‍රතිරෝධය දැක්විය හැකි බව පෙන්වීමටය. සාරාංශයක් ලෙස, TEM සහ SEM මිනුම් වලදී දැඩි ලෙස හැසිරවීම සහ ඉහළ රික්තයකට නිරාවරණය වීමෙන් පසුව පවා අර්ධ වශයෙන් අත්හිටුවන ලද NGF (FLG කලාපය ඇතුළුව) යාන්ත්‍රික අඛණ්ඩතාව පවත්වා ගෙන යන බව මෙම පින්තූර සනාථ කරයි (රූපය SI9).
NGF හි විශිෂ්ට සමතලා භාවය හේතුවෙන් (රූපය 5a බලන්න), SAED ව්යුහය විශ්ලේෂණය කිරීම සඳහා [0001] වසම් අක්ෂය ඔස්සේ පෙති දිශානත කිරීම අපහසු නොවේ. චිත්රපටයේ දේශීය ඝනකම සහ එහි පිහිටීම අනුව, ඉලෙක්ට්රෝන විවර්තන අධ්යයනය සඳහා උනන්දුවක් දක්වන කලාප කිහිපයක් (ලකුණු 12) හඳුනාගෙන ඇත. රූප 5a-c හි, මෙම සාමාන්ය කලාප හතරක් පෙන්වා ඇති අතර වර්ණ කව වලින් සලකුණු කර ඇත (නිල්, සයන්, තැඹිලි සහ රතු කේත සහිත). SAED මාදිලිය සඳහා රූප 2 සහ 3. 5f සහ g රූප සටහන 5 සහ 5 හි පෙන්වා ඇති FLG කලාපයෙන් ලබා ගන්නා ලදී. ඒවාට විකෘති ග්රැෆීන්63 හා සමාන ෂඩාස්රාකාර ව්‍යුහයක් ඇත. විශේෂයෙන්, (10-10) පරාවර්තන යුගල තුනේ කෝණික නොගැලපීම මගින් පෙන්නුම් කරන පරිදි, 10° සහ 20° කින් භ්‍රමණය වන [0001] කලාප අක්ෂයේ එකම දිශානතිය සහිත අධිස්ථාපිත රටා තුනක් රූප සටහන 5f පෙන්වයි. ඒ හා සමානව, රූප සටහන 5g මගින් 20° කින් භ්‍රමණය වන සුපිරි ෂඩාස්‍ර රටා දෙකක් පෙන්වයි. FLG කලාපයේ ෂඩාස්රාකාර රටා කණ්ඩායම් දෙකක් හෝ තුනක් එකිනෙකට සාපේක්ෂව භ්‍රමණය වන තලය තුළ හෝ පිටත ග්රැෆීන් ස්ථර තුනකින් පැන නැගිය හැක. ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, Figure 5h,i හි ඉලෙක්ට්රෝන විවර්තන රටා (රූපය 5a හි පෙන්වා ඇති NGF කලාපයට අනුරූප) වැඩි ද්රව්ය ඝනකමට අනුරූප වන සමස්ත ඉහළ ලක්ෂ්‍ය විවර්තන තීව්‍රතාවයක් සහිත තනි [0001] රටාවක් පෙන්වයි. මෙම SAED මාදිලි FLG ට වඩා ඝන ග්‍රැෆිටික් ව්‍යුහයකට සහ අතරමැදි දිශානතියට අනුරූප වේ, 64 දර්ශකයෙන් අනුමාන කර ඇත. NGF හි ස්ඵටිකරූපී ගුණාංගවල ලක්ෂණය මගින් අධිස්ථාපිත මිනිරන් (හෝ ග්රැෆීන්) ස්ඵටික දෙකක හෝ තුනක සහජීවනය අනාවරණය විය. FLG කලාපයේ විශේෂයෙන් සැලකිය යුතු දෙය නම්, ස්ඵටිකරූපීවල යම් දුරකට තලය තුළ හෝ තලයෙන් පිටත වැරදි දිශානතියක් තිබීමයි. 17°, 22° සහ 25° තලයේ භ්‍රමණ කෝණ සහිත ග්රැෆයිට් අංශු/ස්ථර Ni 64 චිත්‍රපට මත වගා කරන ලද NGF සඳහා මීට පෙර වාර්තා වී ඇත. මෙම අධ්‍යයනයේ දී නිරීක්ෂණය කරන ලද භ්‍රමණ කෝණ අගයන් විකෘති BLG63 ග්රැෆීන් සඳහා කලින් නිරීක්ෂණය කරන ලද භ්‍රමණ කෝණ (± 1 °) සමඟ අනුකූල වේ.
NGF/SiO2/Si හි විද්යුත් ගුණාංග 10×3 mm2 ප්‍රදේශයක් පුරා 300 K ලෙස මනිනු ලැබිණි. ඉලෙක්ට්රෝන වාහක සාන්ද්‍රණය, සංචලනය සහ සන්නායකතාවයේ අගයන් පිළිවෙලින් 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 සහ 2000 S-cm-1 වේ. අපගේ NGF හි සංචලනය සහ සන්නායකතා අගයන් ස්වභාවික මිනිරන් 2 ට සමාන වන අතර වාණිජමය වශයෙන් ලබා ගත හැකි ඉහළ දිශානුගත පයිෙරොලිටික් මිනිරන් (3000 °C දී නිෂ්පාදනය කර ඇත) 29 ට වඩා වැඩි ය. නිරීක්ෂණය කරන ලද ඉලෙක්ට්රෝන වාහක සාන්ද්‍රණ අගයන් ඉහළ උෂ්ණත්ව (3200 °C) පොලිමයිඩ් තහඩු භාවිතයෙන් සකස් කරන ලද මයික්‍රෝන ඝන මිනිරන් පටල සඳහා මෑතදී වාර්තා කළ (7.25 × 10 cm-3) අගයට වඩා විශාලත්වයේ අනුපිළිවෙලවල් දෙකකි.
අපි ක්වාර්ට්ස් උපස්ථර වෙත මාරු කරන ලද FS-NGF මත UV දෘශ්ය සම්ප්‍රේෂණ මිනුම් ද සිදු කළෙමු (රූපය 6). ප්රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන වර්ණාවලිය 350-800 nm පරාසයේ 62% ක ආසන්න නියත සම්ප්‍රේෂණයක් පෙන්නුම් කරයි, NGF දෘශ්ය ආලෝකයට පාරභාසක බව පෙන්නුම් කරයි. ඇත්ත වශයෙන්ම, "KAUST" යන නම රූපය 6b හි නියැදියේ ඩිජිටල් ඡායාරූපයෙහි දැකිය හැකිය. NGF හි නැනෝ ස්ඵටික ව්යුහය SLG ව්‍යුහයට වඩා වෙනස් වුවද, අමතර ස්ථරයකට 2.3% සම්ප්‍රේෂණ පාඩුව යන රීතිය භාවිතයෙන් ස්ථර ගණන දළ වශයෙන් තක්සේරු කළ හැක65. මෙම සම්බන්ධතාවයට අනුව, 38% සම්ප්‍රේෂණ අලාභයක් සහිත ග්රැෆීන් ස්ථර සංඛ්‍යාව 21 කි. වර්ධනය වූ NGF ප්‍රධාන වශයෙන් ග්රැෆීන් ස්ථර 300 කින් සමන්විත වේ, එනම් 100 nm පමණ ඝනකම (රූපය 1, SI5 සහ SI7). එබැවින්, අපි නිරීක්ෂණය කරන ලද දෘශ්ය විනිවිදභාවය FLG සහ MLG කලාපවලට අනුරූප වන බව උපකල්පනය කරමු, මන්ද ඒවා චිත්රපටය පුරා බෙදා හරිනු ලැබේ (රූපය 1, 3, 5 සහ 6c). ඉහත ව්‍යුහාත්මක දත්ත වලට අමතරව, සන්නායකතාවය සහ විනිවිදභාවය ද මාරු කරන ලද NGF හි ඉහළ ස්ඵටික ගුණය තහවුරු කරයි.
(a) UV-දෘශ්ය සම්ප්‍රේෂණ මැනීම, (b) නියෝජිත නියැදියක් භාවිතයෙන් ක්වාර්ට්ස් මත සාමාන්ය NGF මාරු කිරීම. (ඇ) නියැදිය පුරා අළු අහඹු හැඩයන් ලෙස සලකුණු කර ඇති ඒකාකාරව බෙදා හරින ලද FLG සහ MLG කලාප සහිත NGF (අඳුරු පෙට්ටිය) ක්‍රමලේඛනය (රූපය 1 බලන්න) (ආසන්න වශයෙන්. 100 μm2 ට 0.1-3% ප්රදේශය). රූප සටහනේ ඇති අහඹු හැඩයන් සහ ඒවායේ ප්‍රමාණයන් නිදර්ශන අරමුණු සඳහා පමණක් වන අතර සත්‍ය ප්රදේශ වලට අනුරූප නොවේ.
CVD මගින් වගා කරන ලද පාරභාසක NGF මීට පෙර හිස් සිලිකන් පෘෂ්ඨයන් වෙත මාරු කර ඇති අතර සූර්ය කෝෂ 15,16 හි භාවිතා කර ඇත. ප්රතිඵලයක් වශයෙන් බලශක්ති පරිවර්තන කාර්යක්ෂමතාව (PCE) 1.5% කි. මෙම NGFs ක්රියාකාරී සංයෝග ස්ථර, ආරෝපණ ප්‍රවාහන මාර්ග සහ විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩ15,16 වැනි බහු කාර්යයන් ඉටු කරයි. කෙසේ වෙතත්, මිනිරන් චිත්රපටය ඒකාකාරී නොවේ. මිනිරන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩයේ පත්‍ර ප්‍රතිරෝධය සහ දෘශ්ය සම්ප්රේෂණය ප්‍රවේශමෙන් පාලනය කිරීමෙන් තවදුරටත් ප්‍රශස්තිකරණය අවශ්‍ය වේ, මන්ද මෙම ගුණාංග දෙක සූර්ය කෝෂයේ PCE අගය තීරණය කිරීමේදී වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි15,16. සාමාන්යයෙන්, ග්රැෆීන් පටල දෘශ්ය ආලෝකයට 97.7% විනිවිද පෙනෙන නමුත්, 200-3000 ohms/sq.16 තහඩු ප්‍රතිරෝධයක් ඇත. ග්රැෆීන් පටලවල මතුපිට ප්‍රතිරෝධය ස්ථර ගණන වැඩි කිරීමෙන් (ග්රැෆීන් ස්ථර බහු මාරු කිරීම) සහ HNO3 (~30 Ohm/sq.)66 සමඟ මාත්‍රණය කිරීමෙන් අඩු කළ හැක. කෙසේ වෙතත්, මෙම ක්රියාවලිය දිගු කාලයක් ගත වන අතර විවිධ හුවමාරු ස්ථර සෑම විටම හොඳ සම්බන්ධතාවක් පවත්වා ගෙන යන්නේ නැත. අපගේ ඉදිරිපස පැත්ත NGF සතුව සන්නායකතාවය 2000 S/cm, චිත්‍රපට පත්‍ර ප්‍රතිරෝධය 50 ohm/sq වැනි ගුණ ඇත. සහ 62% විනිවිදභාවය, එය සූර්ය කෝෂවල සන්නායක නාලිකා හෝ ප්රති ඉලෙක්ට්රෝඩ සඳහා ශක්ය විකල්පයක් බවට පත් කරයි15,16.
BS-NGF හි ව්යුහය සහ මතුපිට රසායනය FS-NGF ට සමාන වුවද, එහි රළුබව වෙනස් වේ ("FS- සහ BS-NGF වර්ධනය"). මීට පෙර, අපි ගෑස් සංවේදකයක් ලෙස අතිශය තුනී පටල ග්රැෆයිට්22 භාවිතා කළෙමු. එබැවින්, අපි ගෑස් සංවේදක කාර්යයන් සඳහා BS-NGF භාවිතා කිරීමේ ශක්යතාව පරීක්ෂා කළෙමු (Figure SI10). පළමුව, BS-NGF හි mm2-ප්‍රමාණයේ කොටස් අන්තර් සංඛ්‍යාංක ඉලෙක්ට්රෝඩ සංවේදක චිපයට මාරු කරන ලදී (Figure SI10a-c). චිපයේ නිෂ්පාදන විස්තර කලින් වාර්තා කරන ලදී; එහි ක්රියාකාරී සංවේදී ප්රදේශය 9 mm267 වේ. SEM රූපවල (රූපය SI10b සහ c), යටින් පවතින රන් ඉලෙක්ට්රෝඩය NGF හරහා පැහැදිලිව දැකගත හැකිය. නැවතත්, සියලුම සාම්පල සඳහා ඒකාකාර චිප් ආවරණයක් ලබාගෙන ඇති බව දැකිය හැකිය. විවිධ වායූන්ගේ ගෑස් සංවේදක මිනුම් වාර්තා කර ඇත (රූපය SI10d) (රූපය SI11) සහ ප්රතිඵල ප්රතිචාර අනුපාතය Fig. SI10g SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) සහ NH3 (200 ppm) ඇතුළු අනෙකුත් බාධා කරන වායූන් සමඟ විය හැක. විය හැකි එක් හේතුවක් වන්නේ NO2 ය. වායුවේ ඉලෙක්ට්‍රොෆිලික් ස්වභාවය22,68. ග්රැෆීන් මතුපිටට අවශෝෂණය කරන විට, එය පද්ධතිය මගින් ඉලෙක්ට්රෝන වල වත්මන් අවශෝෂණය අඩු කරයි. BS-NGF සංවේදකයේ ප්රතිචාර කාල දත්ත කලින් ප්‍රකාශිත සංවේදක සමඟ සංසන්දනය කිරීම SI2 වගුවේ දක්වා ඇත. UV ප්ලාස්මා, O3 ප්ලාස්මා හෝ තාප (50-150 ° C) නිරාවරණ සාම්පල ප්‍රතිකාරය භාවිතයෙන් NGF සංවේදක නැවත සක්‍රිය කිරීමේ යාන්ත්‍රණය ක්‍රියාත්මක වෙමින් පවතී, ඉතා මැනවින් අනුගමනය කරන ලද කාවැද්දූ පද්ධති ක්‍රියාත්මක කිරීම.
CVD ක්‍රියාවලියේදී, උත්ප්‍රේරක උපස්ථරයේ දෙපස ග්රැෆීන් වර්ධනය සිදුවේ. කෙසේ වෙතත්, මාරු කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී සාමාන්යයෙන් BS-ග්රැෆීන් ඉවත් කරනු ලැබේ41. මෙම අධ්‍යයනයේ දී, උත්ප්‍රේරක ආධාරකයේ දෙපැත්තෙන්ම උසස් තත්ත්වයේ NGF වර්ධනයක් සහ පොලිමර් රහිත NGF හුවමාරුවක් ලබා ගත හැකි බව අපි පෙන්නුම් කරමු. BS-NGF FS-NGF (~ 100 nm) ට වඩා තුනී (~ 80 nm) වන අතර, BS-Ni පූර්වගාමී වායු ප්‍රවාහයට සෘජුව නිරාවරණය නොවීම මගින් මෙම වෙනස පැහැදිලි වේ. NiAR උපස්ථරයේ රළුබව NGF හි රළුබවට බලපාන බව ද අපට පෙනී ගියේය. මෙම ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ වර්ධනය වූ ප්ලැනර් FS-NGF ග්රැෆීන් සඳහා පූර්වගාමී ද්‍රව්‍යයක් ලෙස (එක්ස්ෆෝලියේෂන් ක්‍රමය70 මගින්) හෝ සූර්ය කෝෂවල සන්නායක නාලිකාවක් ලෙස භාවිතා කළ හැකි බවයි. ඊට වෙනස්ව, BS-NGF වායුව හඳුනාගැනීම සඳහා භාවිතා කරනු ඇත (රූපය SI9) සහ සමහර විට බලශක්ති ගබඩා පද්ධති 71,72 සඳහා එහි මතුපිට රළුබව ප්රයෝජනවත් වනු ඇත.
ඉහත කරුණු සලකා බැලීමේදී, CVD මගින් වර්ධනය කරන ලද සහ නිකල් තීරු භාවිතයෙන් කලින් ප්‍රකාශයට පත් කරන ලද ග්රැෆයිට් චිත්‍රපට සමඟ වර්තමාන කාර්යය ඒකාබද්ධ කිරීම ප්රයෝජනවත් වේ. වගුව 2 හි දැකිය හැකි පරිදි, අප භාවිතා කළ ඉහළ පීඩනය සාපේක්ෂව අඩු උෂ්ණත්වවලදී (850-1300 ° C පරාසයක) පවා ප්රතික්රියා කාලය (වර්ධන අවධිය) කෙටි කරයි. අපි සාමාන්ය ප්‍රමාණයට වඩා වැඩි වර්ධනයක් ද ලබා ගත්තෙමු, එය ව්‍යාප්තිය සඳහා ඇති හැකියාව පෙන්නුම් කරයි. සලකා බැලිය යුතු වෙනත් සාධක තිබේ, ඒවායින් සමහරක් අපි වගුවේ ඇතුළත් කර ඇත.
ද්විත්ව ඒක පාර්ශවීය උසස් තත්ත්වයේ NGF උත්ප්‍රේරක CVD මගින් නිකල් තීරු මත වගා කරන ලදී. සාම්ප්‍රදායික බහු අවයවික උපස්ථර ඉවත් කිරීමෙන් (CVD ග්රැෆීන් වල භාවිතා වන ඒවා වැනි), අපි විවිධ ක්‍රියාවලි-විවේචනාත්මක උපස්ථර වලට NGF (නිකල් තීරු වල පිටුපස සහ ඉදිරිපස පැතිවල වර්ධනය වී ඇති) පිරිසිදු හා දෝෂ රහිත තෙත් මාරු කිරීමක් ලබා ගනිමු. සැලකිය යුතු ලෙස, NGF හි FLG සහ MLG කලාප (සාමාන්යයෙන් 100 µm2 ට 0.1% සිට 3% දක්වා) ඇතුළත් වන අතර ඒවා ව්‍යුහාත්මකව ඝන පටලයට හොඳින් ඒකාබද්ධ වේ. ප්ලැනර් TEM පෙන්නුම් කරන්නේ මෙම කලාප මිනිරන්/ග්රැෆීන් අංශු දෙකේ සිට තුන දක්වා (පිළිවෙලින් ස්ඵටික හෝ ස්ථර) අට්ටි වලින් සමන්විත වන බවයි, සමහර ඒවා භ්‍රමණ නොගැලපීම 10-20°. FS-NGF දෘශ්ය ආලෝකයට විනිවිදභාවය සඳහා FLG සහ MLG කලාප වගකිව යුතුය. පසුපස තහඩු සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, ඒවා ඉදිරිපස තහඩු වලට සමාන්තරව ගෙන යා හැකි අතර, පෙන්වා ඇති පරිදි, ක්රියාකාරී අරමුණක් තිබිය හැක (උදාහරණයක් ලෙස, ගෑස් හඳුනාගැනීම සඳහා). කාර්මික පරිමාණයේ CVD ක්‍රියාවලීන්හි අපද්රව්ය සහ පිරිවැය අවම කිරීම සඳහා මෙම අධ්‍යයනයන් ඉතා ප්රයෝජනවත් වේ.
සාමාන්යයෙන්, CVD NGF හි සාමාන්ය ඝනකම (අඩු සහ බහු ස්ථර) ග්රැෆීන් සහ කාර්මික (මයික්‍රොමීටර) මිනිරන් පත්‍ර අතර පවතී. ඒවායේ රසවත් ගුණාංගවල පරාසය, ඒවායේ නිෂ්පාදනය සහ ප්‍රවාහනය සඳහා අප විසින් සකස් කර ඇති සරල ක්‍රමය සමඟ ඒකාබද්ධව, මෙම චිත්‍රපට දැනට භාවිතා කරන බලශක්ති-දැඩි කාර්මික නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලීන්හි වියදමකින් තොරව මිනිරන්වල ක්රියාකාරී ප්‍රතිචාරය අවශ්‍ය යෙදුම් සඳහා විශේෂයෙන් සුදුසු වේ.
වාණිජ CVD ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක (Aixtron 4-inch BMPro) 25-μm ඝන නිකල් තීරු (99.5% සංශුද්ධතාවය, Goodfellow) ස්ථාපනය කරන ලදී. පද්ධතිය ආගන් සමඟ පිරිසිදු කර 10-3 mbar පාදක පීඩනයකට ඉවත් කරන ලදී. ඉන්පසු නිකල් තීරු තැබුවා. Ar/H2 හි (Ni foil මිනිත්තු 5කට පෙර-ඇනෙල් කිරීමෙන් පසු, තීරු 900 °C දී 500 mbar පීඩනයකට නිරාවරණය විය. NGF CH4/H2 (100 cm3 බැගින්) ප්‍රවාහයක විනාඩි 5ක් තැන්පත් කරන ලදී. නියැදිය 40 °C/min හි Ar ප්‍රවාහය (4000 cm3) භාවිතා කර 700 °Cට වඩා අඩු උෂ්ණත්වයකට සිසිල් කරන ලදී NGF වර්ධන ක්රියාවලිය ප්‍රශස්ත කිරීම පිළිබඳ විස්තර
නියැදියේ මතුපිට රූප විද්යාව Zeiss Merlin අන්වීක්ෂයක් (1 kV, 50 pA) භාවිතයෙන් SEM විසින් දෘශ්‍යමාන කරන ලදී. නියැදි මතුපිට රළුබව සහ NGF ඝණකම AFM (Dimension Icon SPM, Bruker) භාවිතයෙන් මනිනු ලැබේ. TEM සහ SAED මිනුම් අවසන් ප්රතිඵල ලබා ගැනීම සඳහා FEI Titan 80-300 Cubed අන්වීක්ෂයක් භාවිතා කර ඉහළ දීප්තියක් සහිත ක්ෂේත්‍ර විමෝචන තුවක්කුවක් (300 kV), FEI Wien වර්ගයේ ඒකවර්ණකයක් සහ CEOS කාච ගෝලාකාර අපගමනය නිවැරදි කරන්නා භාවිතා කර ඇත. අවකාශීය විභේදනය 0.09 nm. පැතලි TEM රූපකරණය සහ SAED ව්‍යුහ විශ්ලේෂණය සඳහා NGF සාම්පල කාබන් ලේසි ආලේපිත තඹ ජාල වෙත මාරු කරන ලදී. මේ අනුව, බොහෝ සාම්පල ෆ්ලොක්ස් ආධාරක පටලයේ සිදුරු තුළ අත්හිටුවා ඇත. මාරු කරන ලද NGF සාම්පල XRD විසින් විශ්ලේෂණය කරන ලදී. X-ray විවර්තන රටා ලබා ගන්නා ලද්දේ කුඩු විවර්තනමානයක් (Brucker, Cu Kα මූලාශ්‍රය සහිත D2 අදියර මාරු කිරීම, 1.5418 Å සහ LYNXEYE අනාවරකය) භාවිතා කර 3 mm කදම්භ ලප විෂ්කම්භයක් සහිත Cu විකිරණ ප්‍රභවයක් භාවිතා කරමිනි.
රාමන් ලක්ෂ්‍ය මිනුම් කිහිපයක් අනුකලනය කරන කොන්ෆෝකල් අන්වීක්ෂයක් (Alpha 300 RA, WITeC) භාවිතයෙන් වාර්තා කරන ලදී. තාප ප්‍රේරිත බලපෑම් වළක්වා ගැනීම සඳහා අඩු උත්තේජක බලය (25%) සහිත 532 nm ලේසර් භාවිතා කරන ලදී. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ඒකවර්ණ Al Kα විකිරණ (hν = 1486.6 eV) භාවිතයෙන් 300 × 700 μm2 නියැදි ප්‍රදේශයක් පුරා Kratos Axis Ultra වර්ණාවලීක්ෂයක් මත සිදු කරන ලදී 150 W. විභේදනයකින් ලබා ගන්නා ලදී. පිළිවෙළින් 160 eV සහ 20 eV සම්ප්‍රේෂණ ශක්තීන්. SiO2 වෙත මාරු කරන ලද NGF සාම්පල PLS6MW (1.06 μm) ytterbium ෆයිබර් ලේසර් භාවිතයෙන් W 30 W. තඹ වයර් සම්බන්ධතා (50 μm ඝනකම) භාවිතා කරමින් කැබලිවලට (3 × 10 mm2 බැගින්) කපා ඇත. විද්යුත් ප්‍රවාහනය සහ හෝල් ආචරණය මෙම සාම්පල මත 300 K සහ චුම්බක ක්ෂේත්‍ර විචලනය ± 9 Tesla භෞතික ගුණ මිනුම් පද්ධතියක (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA) සිදු කරන ලදී. සම්ප්රේෂණය කරන ලද UV-vis වර්ණාවලි 350-800 nm NGF පරාසයේ Lambda 950 UV-vis වර්ණාවලීක්ෂ ඡායා රූපමාන භාවිතයෙන් ක්වාර්ට්ස් උපස්ථර සහ ක්වාර්ට්ස් විමර්ශන සාම්පල වෙත මාරු කරන ලදී.
රසායනික ප්‍රතිරෝධක සංවේදකය (අන්තර් සංඛ්‍යාංක ඉලෙක්ට්රෝඩ චිපය) අභිරුචි මුද්‍රිත පරිපථ පුවරුව 73 වෙත වයර් කර ඇති අතර ප්‍රතිරෝධය තාවකාලිකව උපුටා ගන්නා ලදී. උපාංගය පිහිටා ඇති මුද්‍රිත පරිපථ පුවරුව ස්පර්ශක පර්යන්තවලට සම්බන්ධ කර ගෑස් සංවේදක කුටීරය තුළ තබා ඇත 74. ප්‍රතිරෝධක මිනුම් 1 V වෝල්ටීයතාවයකින් පිරිසිදු කිරීමේ සිට ගෑස් නිරාවරණය දක්වා අඛණ්ඩ ස්කෑන් කිරීමකින් ලබාගෙන නැවත පිරිසිදු කර ඇත. තෙතමනය ඇතුළුව කුටීරයේ ඇති අනෙකුත් සියලුම විශ්ලේෂණ ඉවත් කිරීම සහතික කිරීම සඳහා පැය 1 ක් සඳහා නයිට්‍රජන් 200 cm3 දී පිරිසිදු කිරීමෙන් කුටිය මුලින් පිරිසිදු කරන ලදී. ඉන්පසුව N2 සිලින්ඩරය වැසීමෙන් 200 cm3 එකම ප්‍රවාහ අනුපාතයකින් තනි විශ්ලේෂණ කුටියට සෙමෙන් මුදා හරින ලදී.
මෙම ලිපියේ සංශෝධිත අනුවාදයක් ප්‍රකාශයට පත් කර ඇති අතර ලිපියේ ඉහළින් ඇති සබැඳිය හරහා ප්‍රවේශ විය හැක.
ඉනගාකි, එම්. සහ කන්ග්, එෆ්. කාබන් ද්රව්ය විද්යාව සහ ඉංජිනේරු: මූලික කරුණු. දෙවන සංස්කරණය සංස්කරණය කරන ලදී. 2014. 542.
පියර්සන්, HO කාබන්, ග්රැෆයිට්, දියමන්ති සහ ෆුලරීන්ස් අත්පොත: ගුණ, සැකසුම් සහ යෙදුම්. පළමු සංස්කරණය සංස්කරණය කර ඇත. 1994, නිව් ජර්සි.
Tsai, W. et al. විනිවිද පෙනෙන තුනී සන්නායක ඉලෙක්ට්රෝඩ ලෙස විශාල ප්රදේශ බහු ස්ථර ග්රැෆීන්/මිනිරන් පටල. යෙදුම. භෞතික විද්යාව. රයිට්. 95(12), 123115(2009).
Balandin AA ග්රැෆීන් සහ නැනෝ ව්යුහගත කාබන් ද්‍රව්‍යවල තාප ගුණ. නැට්. මැට්. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW සහ Cahill DG අඩු උෂ්ණත්ව රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීමෙන් Ni (111) මත වගා කරන ලද මිනිරන් පටලවල තාප සන්නායකතාවය. adverb. මැට්. අතුරු මුහුණත 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම මගින් ග්රැෆීන් පටලවල අඛණ්ඩ වර්ධනය. යෙදුම. භෞතික විද්යාව. රයිට්. 98(13), 133106(2011).
පසු කාලය: අගෝස්තු-23-2024