Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Ny kinova navigateur ampiasainao dia manana fanohanana CSS voafetra. Mba hahazoana vokatra tsara indrindra, dia manoro hevitra izahay ny hampiasa dikan-teny vaovao amin'ny navigateur anao (na esory ny Compatibility Mode amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka ny fanohanana mitohy, dia mampiseho ny tranokala tsy misy styling na JavaScript izahay.
Nanoscale graphite films (NGFs) dia nanomaterials matanjaka azo amboarina amin'ny alàlan'ny fametrahana etona simika catalytic, saingy mbola misy fanontaniana momba ny fanamorana ny fifindrana sy ny fiantraikan'ny morphologie ambonin'ny tany amin'ny fampiasana azy ireo amin'ny fitaovana manaraka. Eto izahay dia mitatitra ny fitomboan'ny NGF amin'ny lafiny roa amin'ny foil nikela polycrystalline (faritra 55 cm2, hateviny eo amin'ny 100 nm) ary ny famindrana tsy misy polymère (eo anoloana sy aoriana, faritra hatramin'ny 6 cm2). Noho ny firafitry ny foil catalyst, ny sarimihetsika karbonina roa dia tsy mitovy amin'ny toetrany ara-batana sy ny toetra hafa (toy ny hamafin'ny tany). Asehontsika fa ny NGFs miaraka amin'ny lamosina manjavozavo dia mety tsara amin'ny fitadiavana NO2, raha toa kosa ny NGFs malefaka sy malefaka kokoa amin'ny lafiny anoloana (2000 S / cm, fanoherana amin'ny taratasy - 50 ohms / m2) dia mety ho mpitaingina mahomby. fantsona na electrode an'ny sela masoandro (satria mampita 62% ny hazavana hita maso). Amin'ny ankapobeny, ny fizotry ny fitomboana sy ny fitaterana voalaza dia mety hanampy amin'ny fahafantarana ny NGF ho fitaovana karbônina hafa ho an'ny fampiharana ara-teknolojia izay tsy mety amin'ny sarimihetsika graphene sy micron matevina.
Ny graphite dia fitaovana indostrialy be mpampiasa. Marihina fa ny graphite dia manana ny toetran'ny hakitroky faobe somary ambany ary avo lenta amin'ny fiaramanidina mafana sy elektrika, ary tena miorina tsara amin'ny tontolo mafana sy simika henjana1,2. Ny graphite flake dia fitaovana fanombohana malaza amin'ny fikarohana graphene3. Rehefa voahodina ho sarimihetsika manify, dia azo ampiasaina amin'ny fampiharana isan-karazany, anisan'izany ny hafanana milentika ho an'ny fitaovana elektronika toy ny smartphones4,5,6,7, ho toy ny fitaovana mavitrika amin'ny sensors8,9,10 sy ny electromagnetic fitsabahana fiarovana11. 12 sy horonan-tsary ho an'ny lithography amin'ny taratra ultraviolet13,14 faran'izay, mitondra fantsona ao amin'ny sela masoandro15,16. Ho an'ireo fampiharana rehetra ireo, dia ho tombony lehibe izany raha toa ka azo amboarina sy entina mora foana ny faritra midadasika amin'ny sarimihetsika graphite (NGFs) miaraka amin'ny hateviny voafehy ao amin'ny nanoscale <100 nm.
Ny sarimihetsika graphite dia novokarina tamin'ny fomba samihafa. Amin'ny tranga iray, ny fampidirana sy ny fanitarana arahin'ny exfoliation dia nampiasaina mba hamokarana flakes graphene10,11,17. Ny tapa-kazo dia tsy maintsy amboarina bebe kokoa ho sarimihetsika amin'ny hateviny ilaina, ary matetika dia mila andro maromaro ny famokarana takelaka grafita matevina. Fomba iray hafa dia ny manomboka amin'ny graphitable solid precursors. Ao amin'ny indostria, ny ravin'ny polymère dia karbônina (amin'ny 1000-1500 ° C) ary avy eo atao sary (amin'ny 2800-3200 ° C) mba hamorona fitaovana misy sosona mirindra tsara. Na dia ambony aza ny kalitaon'ireo sarimihetsika ireo, ny fanjifana angovo dia manan-danja1,18,19 ary ny hateviny kely indrindra dia voafetra amin'ny microns vitsivitsy1,18,19,20.
Catalytic chemical vapor deposition (CVD) dia fomba malaza amin'ny famokarana sarimihetsika graphene sy ultrathin graphite (<10 nm) miaraka amin'ny kalitao avo lenta sy vidiny mirary21,22,23,24,25,26,27. Na izany aza, raha ampitahaina amin'ny fitomboan'ny graphene sy ultrathin graphite films28, ny fitomboan'ny faritra midadasika sy/na ny fampiharana ny NGF mampiasa CVD dia mbola tsy voazaha11,13,29,30,31,32,33.
Matetika ny sarimihetsika graphene sy graphite nambolena CVD dia mila afindra amin'ny substrate miasa34. Ireo fifindrana sarimihetsika manify ireo dia misy fomba roa lehibe35: (1) famindrana tsy misy etch36,37 ary (2) famindrana simika mando (substraté tohanana)14,34,38. Ny fomba tsirairay dia manana tombony sy fatiantoka ary tsy maintsy hofantenana arakaraka ny fampiharana nokasaina, araka ny voalaza any amin'ny toerana hafa35,39. Ho an'ny sarimihetsika graphene / graphite maniry amin'ny substrates catalytic, ny famindrana amin'ny alàlan'ny fizotran'ny simika mando (izay ny polymethyl methacrylate (PMMA) no sosona fanohanana matetika ampiasaina) dia mijanona ho safidy voalohany13,30,34,38,40,41,42. Ianao et al. Nolazaina fa tsy nisy polymère nampiasaina tamin'ny famindrana NGF (ny haben'ny santionany eo amin'ny 4 cm2)25,43, saingy tsy nisy antsipiriany nomena momba ny fahamarinan-toerana sy / na ny fikarakarana santionany mandritra ny famindrana; Ny fizotran'ny simika mando mampiasa polymers dia misy dingana maromaro, ao anatin'izany ny fampiharana sy ny fanesorana ny sorona polymère sorona30,38,40,41,42. Ity dingana ity dia misy fatiantoka: ohatra, ny sisa tavela amin'ny polymère dia afaka manova ny toetran'ny sarimihetsika lehibe38. Ny fanodinana fanampiny dia afaka manala ny polymère sisa, fa ireo dingana fanampiny ireo dia mampitombo ny vidiny sy ny fotoana famokarana sarimihetsika38,40. Mandritra ny fitomboan'ny CVD, misy sosona graphene apetraka tsy eo amin'ny lafiny anoloana amin'ny foil catalyst (ilay lafiny manoloana ny fikorianan'ny etona), fa eo amin'ny ilany aoriana koa. Na izany aza, ity farany dia heverina ho vokatra fako ary azo esorina haingana amin'ny plasma malefaka38,41. Ny fanodinana ity sarimihetsika ity dia afaka manampy amin'ny fampitomboana ny vokatra, na dia ambany kokoa noho ny sarimihetsika karbonina tarehy aza izy io.
Eto izahay dia mitatitra ny fanomanana ny fitomboan'ny bifacial amin'ny NGF amin'ny kalitao avo lenta amin'ny polycrystalline nickel foil amin'ny CVD. Nodinihina ny fiantraikan'ny hamafin'ny ety ivelany sy aoriana amin'ny foil amin'ny endrika sy ny firafitry ny NGF. Asehonay ihany koa ny fandefasana NGF tsy misy polymère tsy misy vidiny sy tsy ara-tontolo iainana avy amin'ny andaniny roa amin'ny foil nickel mankany amin'ny substrate multifunctional ary mampiseho ny fomba mety amin'ny sarimihetsika aloha sy aoriana amin'ny fampiharana isan-karazany.
Ireto fizarana manaraka ireto dia miresaka momba ny hatevin'ny sarimihetsika grafita samihafa arakaraka ny isan'ny sosona graphene voafantina: (i) graphene sosona tokana (SLG, 1 sosona), (ii) graphene sosona vitsivitsy (FLG, <10 sosona), (iii) graphene multilayer ( MLG, 10-30 sosona) ary (iv) NGF (~300 sosona). Ity farany no hateviny mahazatra indrindra aseho amin'ny isan-jaton'ny velarantany (eo amin'ny 97% eo ho eo isaky ny 100 µm2)30. Izany no mahatonga ny sarimihetsika manontolo antsoina hoe NGF.
Ny polycrystalline nickel foils ampiasaina amin'ny synthesis ny graphene sy ny sarimihetsika graphite dia manana textures samihafa vokatry ny fanamboarana azy sy ny fanodinana manaraka. Vao haingana izahay no nitatitra fanadihadiana iray hanatsarana ny fizotry ny fitomboan'ny NGF30. Asehontsika fa manana anjara toerana lehibe amin'ny fahazoana NGF amin'ny hatevin'ny fanamiana ny mari-pamantarana dingana toy ny fotoana fanerena sy ny faneren'ny efitrano mandritra ny dingan'ny fitomboana. Eto izahay dia nanadihady bebe kokoa momba ny fitomboan'ny NGF amin'ny lamosina voapoizina (FS) sy ny lamosina tsy voapoizina (BS) amin'ny foil nikela (sary 1a). Karazana santionany telo FS sy BS no nodinihina, voatanisa ao amin'ny tabilao 1. Rehefa nojerena maso, ny fitomboan'ny NGF amin'ny lafiny roa amin'ny foil nikela (NiAG) dia azo jerena amin'ny fiovan'ny lokon'ny substrate Ni betsaka avy amin'ny volafotsy metaly iray. volondavenona hatramin'ny loko matte matte (sary 1a); Ny fandrefesana mikroskopika dia voamarina (sary 1b, c). Ny spectrum Raman mahazatra an'ny FS-NGF hita ao amin'ny faritra mamirapiratra ary asehon'ny zana-tsipìka mena, manga ary volomboasary ao amin'ny sary 1b dia aseho amin'ny sary 1c. Ny tampon'i Raman mampiavaka ny graphite G (1683 cm−1) sy ny 2D (2696 cm−1) dia manamafy ny fitomboan'ny NGF kristaly be (sary 1c, Table SI1). Nandritra ny horonan-tsary dia nisy ny fandrefesana Raman spectra miaraka amin'ny tahan'ny hamafin'ny (I2D / IG) ~ 0.3, raha toa kosa ny Raman spectra miaraka amin'ny I2D / IG = 0.8 dia tsy fahita firy. Ny tsy fisian'ny tampony misy kilema (D = 1350 cm-1) amin'ny sarimihetsika manontolo dia manondro ny kalitao avo lenta amin'ny fitomboan'ny NGF. Ny valin'ny Raman mitovy amin'izany dia azo tamin'ny santionany BS-NGF (sary SI1 a sy b, Table SI1).
Fampitahana ny NiAG FS- sy BS-NGF: (a) Sarin'ny santionany NGF (NiAG) mahazatra mampiseho ny fitomboan'ny NGF amin'ny mari-pamantarana wafer (55 cm2) ary ny santionany foil BS- sy FS-Ni, (b) FS-NGF Sary/Ni azo tamin'ny mikraoskaopy optique, (c) spectra Raman mahazatra voarakitra amin'ny toerana samihafa ao amin'ny tontonana b, (d, f) sary SEM amin'ny fampitomboana samihafa amin'ny FS-NGF/Ni, (e, g) sary SEM amin'ny fampitomboana samihafa Mametraka BS -NGF/Ni. Ny zana-tsipìka manga dia manondro ny faritra FLG, ny zana-tsipìka voasary dia manondro ny faritra MLG (eo akaikin'ny faritra FLG), ny zana-tsipìka mena dia manondro ny faritra NGF, ary ny zana-tsipìka magenta dia manondro ny vala.
Satria ny fitomboana dia miankina amin'ny hatevin'ny substrate voalohany, ny haben'ny kristaly, ny orientation ary ny sisin-tany, ny fanatontosana ny fanaraha-maso ara-dalàna ny hatevin'ny NGF amin'ny faritra midadasika dia mijanona ho fanamby20,34,44. Ity fanadihadiana ity dia nampiasa votoaty navoakanay teo aloha30. Ity dingana ity dia mamokatra faritra mamirapiratra 0,1 hatramin'ny 3% isaky ny 100 µm230. Ao amin'ny fizarana manaraka, dia manolotra vokatra ho an'ny karazana faritra roa izahay. Ny sary SEM fampitomboana avo lenta dia mampiseho ny fisian'ny faritra mifanohitra mamirapiratra maromaro amin'ny andaniny roa (sary 1f, g), izay manondro ny fisian'ny faritra FLG sy MLG30,45. Nohamafisin'ny fiparitahan'i Raman (sary 1c) sy ny valin'ny TEM ihany koa izany (voaresaka taty aoriana ao amin'ny fizarana "FS-NGF: rafitra sy fananana"). Ny faritra FLG sy MLG voamarika amin'ny santionany FS- sy BS-NGF / Ni (NGF eo anoloana sy aoriana nambolena tamin'ny Ni) dia mety nitombo tamin'ny voa lehibe Ni (111) niforona nandritra ny pre-annealing22,30,45. Voamarika teo amin'ny andaniny roa ny fiforitra (sary 1b, voamarika amin'ny zana-tsipìka volomparasy). Ireo vala ireo dia matetika hita ao amin'ny sarimihetsika graphene sy graphite vita amin'ny CVD noho ny fahasamihafana lehibe eo amin'ny coefficient ny fanitarana mafana eo amin'ny graphite sy ny substrate nikela30,38.
Ny sary AFM dia nanamafy fa ny santionany FS-NGF dia mendri-piderana noho ny santionany BS-NGF (sary SI1) (sary SI2). Ny soatoavin'ny soatoavin'ny FS-NGF/Ni (sary SI2c) sy ny BS-NGF/Ni (sary SI2d) dia 82 sy 200 nm (refesina amin'ny faritra 20 ×) 20 μm2). Ny henjana avo kokoa dia azo takarina amin'ny alàlan'ny famakafakana ny ety ivelany amin'ny foil nikela (NiAR) amin'ny fanjakana voaray (sary SI3). Ny sarin'ny SEM an'ny FS sy BS-NiAR dia aseho amin'ny Figures SI3a-d, mampiseho ny morphologies ambonin'ny tany: ny foil FS-Ni voapoizina dia manana poti-bola mirefy nano sy micron, raha toa kosa ny foil BS-Ni tsy voapoizina dia mampiseho tohatra famokarana. toy ny singa manana hery ambony. ary mihena. Ny sary ambany sy avo lenta amin'ny foil nickel annealed (NiA) dia aseho amin'ny sary SI3e-h. Ao amin'ireo tarehimarika ireo, dia afaka mandinika ny fisian'ny singa nikela mirefy micron maromaro eo amin'ny andaniny roa amin'ny foil nikela (sary SI3e–h). Ny voa lehibe dia mety manana Ni (111) orientation ambonin'ny, araka ny voalaza teo aloha30,46. Misy fahasamihafana lehibe amin'ny morphologie nickel foil eo amin'ny FS-NiA sy BS-NiA. Ny habetsan'ny BS-NGF / Ni dia noho ny tsy voapoizina amin'ny BS-NiAR, izay mijanona ho manjavozavo na dia aorian'ny fanalana azy aza (sary SI3). Ity karazana famantarana ny ety ambonin'ny tany alohan'ny fizotry ny fitomboana ity dia mamela ny hamafin'ny sarimihetsika graphene sy graphite ho voafehy. Marihina fa ny substrate tany am-boalohany dia nandalo fanovana voamaina nandritra ny fitomboan'ny graphene, izay nampihena kely ny haben'ny voa ary somary nampitombo ny habetsan'ny substrate raha oharina amin'ny foil annealed sy catalyst film22.
Ny fametahana tsara ny habetsan'ny substrate, ny fotoana fanodinana (habe voamadinika)30,47 ary ny fanaraha-maso ny famotsorana43 dia hanampy amin'ny fampihenana ny fitovian'ny hatevin'ny NGF isam-paritra amin'ny µm2 sy / na ny nm2 aza (izany hoe, fiovan'ny hatevin'ny nanometera vitsivitsy). Mba hifehezana ny hamafin'ny substrate, dia azo raisina ny fomba toy ny fanosehana elektrôltika amin'ny foil nikela vokarina48. Ny foil nikela efa nokarakaraina avy eo dia azo asiana amin'ny hafanana ambany kokoa (<900 °C) 46 sy ny fotoana (<5 min) mba hisorohana ny fiforonan'ny voa lehibe Ni(111) (izay mahasoa ny fitomboan'ny FLG).
Ny SLG sy FLG graphene dia tsy mahazaka ny fihenjanana ambonin'ny asidra sy ny rano, mitaky sosona fanohanana mekanika mandritra ny fizotran'ny famindrana simika mando22,34,38. Mifanohitra amin'ny famindrana simika mando amin'ny graphene38 tokana tohanan'ny polymer, dia hitanay fa ny andaniny roa amin'ny NGF efa lehibe dia azo afindra tsy misy fanohanana polymère, araka ny aseho amin'ny sary 2a (jereo ny sary SI4a raha mila fanazavana fanampiny). Ny famindrana ny NGF amin'ny substrate iray dia manomboka amin'ny fanosihosena mando ny sarimihetsika Ni30.49. Ny santionany NGF / Ni / NGF efa lehibe dia napetraka mandritra ny alina ao anaty 15 mL amin'ny 70% HNO3 voadio amin'ny rano 600 mL deionized (DI). Rehefa levona tanteraka ny foil Ni, dia mijanona ho fisaka ny FS-NGF ary mitsingevana eny ambonin'ny ranon-javatra, toy ny santionany NGF/Ni/NGF, raha asitrika ao anaty rano kosa ny BS-NGF (sary 2a,b). Ny NGF mitoka-monina avy eo dia nafindra avy amin'ny vera iray misy rano deionized vaovao ho any amin'ny labiera iray hafa ary ny NGF mitoka-monina dia nosasana tsara, naverina in-efatra na in-enina tamin'ny alalan'ny lovia vera concave. Farany, FS-NGF sy BS-NGF dia napetraka teo amin'ny substrate irina (sary 2c).
Fizotry ny famindrana simika mando tsy misy polymer ho an'ny NGF nambolena tamin'ny foil nikela: (a) Diagrama fizotry ny fizotran'ny dingana (jereo ny sary SI4 raha mila fanazavana fanampiny), (b) Sary nomerika ny NGF misaraka aorian'ny etching Ni (2 santionany), (c) Ohatra FS - ary famindrana BS-NGF amin'ny substrate SiO2 / Si, (d) famindrana FS-NGF amin'ny substrate polymer opaque, (e) BS-NGF avy amin'ny santionany mitovy amin'ny tontonana d (mizara roa), nafindra tany amin'ny taratasy C voapetaka volamena ary Nafion ( substrate mangarahara mora azo, ny sisiny misy zoro mena).
Mariho fa ny famindrana SLG izay atao amin'ny fampiasana fomba famindrana simika mando dia mitaky fotoana fanodinana manontolo 20-24 ora 38. Miaraka amin'ny teknika famindrana tsy misy polymère aseho eto (sary SI4a), dia mihena be ny fotoana fanodinana NGF amin'ny ankapobeny (eo amin'ny 15 ora). Ny dingana dia ahitana: (Dingana 1) Manomàna vahaolana etching ary apetraho ao ny santionany (~ 10 minitra), dia miandry mandritra ny alina ny Ni etching (~ 7200 minitra), (Dingana 2) Kobanina amin'ny rano deionized (dingana - 3) . tehirizo ao anaty rano deionized na afindra amin'ny substrate kendrena (20 min). Ny rano voafandrika eo anelanelan'ny NGF sy ny matrices betsaka dia esorina amin'ny hetsika capillary (mampiasa taratasy fanalana)38, avy eo dia esorina amin'ny fanamainana voajanahary ny rano sisa tavela (eo amin'ny 30 min), ary farany dia maina mandritra ny 10 min ny santionany. min ao anaty lafaoro banga (10–1 mbar) amin'ny 50–90 °C (60 min) 38.
Ny grafita dia fantatra fa mahatohitra ny fisian'ny rano sy ny rivotra amin'ny mari-pana ambony (≥ 200 °C)50,51,52. Nanandrana santionany izahay tamin'ny alàlan'ny spectroscopy Raman, SEM, ary XRD taorian'ny fitehirizana ao anaty rano deionized amin'ny mari-pana amin'ny efitrano ary ao anaty tavoahangy voaisy tombo-kase mandritra ny andro vitsivitsy ka hatramin'ny herintaona (sary SI4). Tsy misy fahasimbana tsikaritra. Ny sary 2c dia mampiseho ny FS-NGF sy BS-NGF mijoro malalaka amin'ny rano deionized. Nosamborinay tamin'ny substrate SiO2 (300 nm) / Si izy ireo, araka ny aseho amin'ny fiandohan'ny sary 2c. Fanampin'izany, araka ny aseho amin'ny sary 2d,e, ny NGF mitohy dia azo afindra amin'ny substrate isan-karazany toy ny polymers (Thermabright polyamide avy amin'ny Nexolve sy Nafion) ary ny taratasy karbaona mifono volamena. Ny FS-NGF mitsingevana dia napetraka mora amin'ny substrate kendrena (sary 2c, d). Na izany aza, ny santionany BS-NGF lehibe kokoa noho ny 3 cm2 dia sarotra ny nikarakara rehefa natsofoka tanteraka tao anaty rano. Matetika, rehefa manomboka mihodinkodina ao anaty rano izy ireo, noho ny fikarakarana tsy amim-pitandremana dia tapaka ho roa na telo izy ireo indraindray (sary 2e). Amin'ny ankapobeny, afaka nahatratra ny famindrana tsy misy polymère ny PS- sy BS-NGF (fifindran'ny tsy tapaka tsy misy NGF / Ni / NGF amin'ny 6 cm2) izahay ho an'ny santionany hatramin'ny 6 sy 3 cm2 amin'ny faritra, tsirairay avy. Ny ampahany lehibe na kely sisa dia azo (mora hita ao amin'ny vahaolana etching na rano deionized) eo amin'ny substrate irina (~ 1 mm2, Figure SI4b, jereo ny santionany nafindra tany amin'ny grid varahina toy ny ao amin'ny "FS-NGF: Structure and Properties (voaresaka) eo ambanin'ny "Rafitra sy fananana") na fitehirizana ho an'ny fampiasana ho avy (sary SI4). Miorina amin'ity fepetra ity, tombananay fa ny NGF dia azo averina amin'ny vokatra hatramin'ny 98-99% (aorian'ny fitomboana ho an'ny famindrana).
Ny santionany famindrana tsy misy polymer dia nodinihina amin'ny antsipiriany. Ny toetran'ny morphologique surface azo amin'ny FS- sy BS-NGF / SiO2 / Si (sary 2c) amin'ny fampiasana microscopy optika (OM) sy sary SEM (sary SI5 sy sary 3) dia nampiseho fa ireo santionany ireo dia nafindra tsy misy microscopy. Ny fahasimbana ara-drafitra hita maso toy ny triatra, ny lavaka, na ny faritra tsy mihodinkodina. Ny vala eo amin'ny NGF mitombo (sary 3b, d, voamarika amin'ny zana-tsipìka volomparasy) dia nijanona tsy nivadika taorian'ny famindrana. Ny FS- sy ny BS-NGFs dia ahitana faritra FLG (faritra mamirapiratra asehon'ny zana-tsipìka manga eo amin'ny sary 3). Mahagaga fa mifanohitra amin'ireo faritra simba vitsivitsy izay hita matetika mandritra ny famindrana polymère amin'ny sarimihetsika graphite ultrathin, faritra FLG sy MLG maromaro mirefy micron mifandray amin'ny NGF (voamarika amin'ny zana-tsipìka manga amin'ny sary 3d) dia nafindra tsy nisy triatra na tapaka (sary 3d) . 3). . Ny fahamendrehana ara-mekanika dia nohamafisina bebe kokoa tamin'ny fampiasana sary TEM sy SEM an'ny NGF nafindra tamin'ny kofehy varahina dantelina-karbonina, araka ny noresahina taty aoriana ("FS-NGF: Structure and Properties"). Ny BS-NGF / SiO2 / Si nafindra dia mahery kokoa noho ny FS-NGF / SiO2 / Si miaraka amin'ny sanda rms amin'ny 140 nm sy 17 nm, araka ny aseho amin'ny sary SI6a sy b (20 × 20 μm2). Ny sandan'ny RMS an'ny NGF nafindra tao amin'ny substrate SiO2 / Si (RMS <2 nm) dia ambany kokoa (eo ho eo amin'ny in-3) noho ny an'ny NGF nambolena tamin'ny Ni (sary SI2), izay manondro fa ny roughness fanampiny dia mety mifanaraka amin'ny Ni surface. Ankoatra izany, ny sary AFM natao teo amin'ny sisin'ny FS- sy BS-NGF / SiO2 / Si santionany dia mampiseho ny hatevin'ny NGF amin'ny 100 sy 80 nm, tsirairay avy (sary SI7). Ny hatevin'ny BS-NGF kely kokoa dia mety ho vokatry ny tsy fisian'ny entona mpialoha lalana mivantana.
Nafindra NGF (NiAG) tsy misy polymère amin'ny SiO2 / Si wafer (jereo ny sary 2c): (a, b) sary SEM amin'ny FS-NGF nafindra: fanamafisam-peo ambany sy avo (mifanaraka amin'ny kianja voasary eo amin'ny tontonana). Faritra mahazatra) - a). (c, d) sary SEM amin'ny BS-NGF nafindra: fampitomboana ambany sy avo (mifanaraka amin'ny faritra mahazatra asehon'ny kianja voasary eo amin'ny tontonana c). (e, f) sary AFM amin'ny FS- sy BS-NGF nafindra. Ny zana-tsipìka manga dia maneho ny faritra FLG - mifanohitra mamirapiratra, zana-tsipìka cyan - mifanohitra MLG mainty, zana-tsipìka mena - mifanohitra mainty dia maneho ny faritra NGF, zana-tsipìka magenta maneho ny vala.
Ny firafitry ny simika amin'ny FS- sy ny BS-NGF efa lehibe sy nafindra dia nodinihina tamin'ny X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (sary 4). Ny tendrony malemy dia voamarika tao amin'ny spectra refesina (sary 4a, b), mifanaraka amin'ny substrate Ni (850 eV) an'ny FS- sy BS-NGFs (NiAG). Tsy misy tampony amin'ny spectra refesina amin'ny FS- sy BS-NGF / SiO2 / Si nafindra (sary 4c; vokatra mitovy amin'ny BS-NGF / SiO2 / Si dia tsy aseho), izay manondro fa tsy misy fandotoana Ni sisa aorian'ny famindrana . Ny sary 4d-f dia mampiseho ny spectra avo lenta amin'ny haavon'ny angovo C 1 s, O 1 s ary Si 2p an'ny FS-NGF / SiO2 / Si. Ny angovo mamatotra ny C 1 s ny graphite dia 284.4 eV53.54. Amin'ny ankapobeny dia heverina ho asymmetrika ny endriky ny tampon'ny grafita, araka ny aseho amin'ny sary 4d54. Ny spektrum C 1 s avo lenta avo lenta (sary 4d) dia nanamafy ihany koa ny famindrana madio (izany hoe, tsy misy residues polymer), izay mifanaraka amin'ny fianarana teo aloha38. Ny sakan'ny tsipika C1 s spectra amin'ny santionany vao teraka (NiAG) ary aorian'ny famindrana dia 0,55 sy 0,62 eV, tsirairay avy. Ireo sanda ireo dia ambony noho ny an'ny SLG (0.49 eV ho an'ny SLG amin'ny substrate SiO2)38. Na izany aza, ireo soatoavina ireo dia kely kokoa noho ny linewidths voalaza teo aloha ho an'ny santionany graphene pyrolytic tena miompana (~ 0.75 eV) 53,54,55, izay manondro ny tsy fisian'ny tranokala karbonika misy kilema amin'ny fitaovana ankehitriny. Tsy ampy soroka ihany koa ny spektra ambanin'ny tany C 1 sy O 1, ka manafoana ny filana ny deconvolution tampon'isa avo lenta54. Misy tampon'ny zanabolana π → π* manodidina ny 291.1 eV, izay hita matetika amin'ny santionany grafita. Ny 103 eV sy 532.5 eV famantarana ao amin'ny Si 2p sy O 1 s spektra ambaratonga fototra (jereo sary 4e, f) dia nomena ny substrate SiO2 56, tsirairay avy. Ny XPS dia teknika mihetsiketsika, noho izany dia heverina fa avy amin'ny faritra FLG ny famantarana mifandraika amin'ny Ni sy SiO2 hita mialoha sy aorian'ny famindrana NGF. Nisy valiny mitovy amin'izany ho an'ny santionany BS-NGF nafindra (tsy aseho).
Valiny NiAG XPS: (ac) Fandinihana spectra momba ny singa atomika singa samihafa amin'ny FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni ary nafindra FS-NGF/SiO2/Si, tsirairay avy. (d-f) Spectra avo lenta amin'ny ambaratonga fototra C 1 s, O 1s ary Si 2p amin'ny santionany FS-NGF / SiO2 / Si.
Ny kalitao ankapobeny amin'ny kristaly NGF nafindra dia nodinihina tamin'ny fampiasana X-ray diffraction (XRD). Ny lamina XRD mahazatra (sary SI8) amin'ny FS- sy BS-NGF / SiO2 / Si nafindra dia mampiseho ny fisian'ny tampon'ny diffraction (0 0 0 2) sy (0 0 0 4) amin'ny 26.6 ° sy 54.7 °, mitovy amin'ny graphite. . Izany dia manamafy ny kalitaon'ny kristaly avo lenta amin'ny NGF ary mifanandrify amin'ny elanelan'ny interlayer d = 0.335 nm, izay tazonina aorian'ny dingana famindrana. Ny hamafin'ny tampon'ny diffraction (0 0 0 2) dia eo ho eo amin'ny 30 heny noho ny tampon'ny diffraction (0 0 0 4), izay manondro fa ny fiaramanidina kristaly NGF dia mifanaraka tsara amin'ny santionany.
Araka ny valin'ny SEM, Raman spectroscopy, XPS ary XRD, ny kalitaon'ny BS-NGF/Ni dia hita fa mitovy amin'ny an'ny FS-NGF/Ni, na dia somary ambony kokoa aza ny hamafin'ny rms (sary SI2, SI5) ary SI7).
Ny SLG misy sosona fanohanana polymère hatramin'ny 200 nm matevina dia afaka mitsingevana amin'ny rano. Ity fametrahana ity dia matetika ampiasaina amin'ny fizotran'ny famindrana simika mando misy polymer22,38. Ny graphene sy ny graphite dia hydrophobic (zoro mando 80–90°) 57 . Ny tanjaky ny angovo mety ho an'ny graphene sy ny FLG dia voalaza fa somary fisaka, miaraka amin'ny angovo mety ho ambany (~ 1 kJ / mol) ho an'ny fihetsehan'ny rano amin'ny sisiny58. Na izany aza, ny herin'ny fifaneraserana amin'ny rano miaraka amin'ny graphene sy ny sosona telo amin'ny graphene dia eo amin'ny -13 sy -15 kJ / mol, 58 tsirairay avy, izay manondro fa ambany kokoa ny fifandraisan'ny rano amin'ny NGF (300 eo ho eo) raha oharina amin'ny graphene. Mety ho iray amin'ireo antony mahatonga ny NGF mijoro tsy mitsahatra mijanona ho fisaka eny ambonin'ny rano, raha mihodinkodina sy mirodana kosa ny graphene (izay mitsingevana ao anaty rano). Rehefa atsofoka ao anaty rano tanteraka ny NGF (mitovy ny vokatra ho an'ny NGF marokoroko sy fisaka), miondrika ny sisiny (sary SI4). Raha asitrika tanteraka, dia antenaina fa ny angovo fifandraisana NGF-rano dia efa ho avo roa heny (raha ampitahaina amin'ny NGF mitsingevana) ary ny sisin'ny NGF vala mba hihazonana ny fifandraisana ambony zoro (hydrophobicity). Mino izahay fa azo amboarina ny paikady hisorohana ny fikorotanana ny sisin'ny NGFs. Ny fomba iray dia ny fampiasana solvent mifangaro mba hanovana ny fihetsiky ny graphite film59.
Ny famindrana ny SLG amin'ny karazana substrate isan-karazany amin'ny alàlan'ny fizotran'ny famindrana simika mando dia efa voalaza teo aloha. Ekena amin'ny ankapobeny fa misy hery van der Waals malemy eo anelanelan'ny sarimihetsika graphene / graphite sy substrates (na substrates henjana toy ny SiO2 / Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si pillars22 ary films carbone lacy30, 34 na substrate flexible. toy ny polyimide 37). Eto isika dia mihevitra fa ny fifaneraserana mitovy karazana no mibahan-toerana. Tsy nahita fahasimbana na fanindronana ny NGF izahay ho an'ireo substrate aseho eto mandritra ny fikarakarana mekanika (nandritra ny famariparitana ao anatin'ny vacuum sy/na ny atmosfera na mandritra ny fitehirizana) (ohatra, sary 2, SI7 ary SI9). Ankoatr'izay, tsy nahita tampon'ny SiC izahay tao amin'ny spektrum XPS C 1 s amin'ny ambaratonga fototra amin'ny santionany NGF / SiO2 / Si (sary 4). Ireo vokatra ireo dia manondro fa tsy misy fifamatorana simika eo amin'ny NGF sy ny substrate kendrena.
Ao amin'ny fizarana teo aloha, "Fifindran'ny FS- sy BS-NGF tsy misy polymer", dia nasehonay fa afaka mitombo sy mamindra amin'ny lafiny roa amin'ny foil nikela ny NGF. Ireo FS-NGF sy BS-NGF ireo dia tsy mitovy amin'ny hamafin'ny tany, izay nanosika anay hijery ny fampiharana mety indrindra ho an'ny karazana tsirairay.
Raha jerena ny mangarahara sy malefaka kokoa amin'ny FS-NGF, dia nandinika amin'ny antsipiriany bebe kokoa ny rafitra eo an-toerana, ny toetran'ny optika ary ny elektrônika. Ny rafitra sy ny firafitry ny FS-NGF tsy misy fifindran'ny polymère dia nasongadina tamin'ny alàlan'ny famakafakana ny lamin'ny microscopy electron microscopy (TEM) sy ny famakafakana ny modelin'ny electron diffraction (SAED). Ny valiny mifanaraka amin'izany dia aseho amin'ny sary 5. Ny sary TEM planar ambany dia mampiseho ny fisian'ny faritra NGF sy FLG izay manana toetra mifanohitra amin'ny elektronika samihafa, izany hoe faritra maizina sy mazava kokoa (sary 5a). Ny sarimihetsika amin'ny ankapobeny dia mampiseho ny fahamendrehana mekanika sy ny fahamarinan-toerana eo amin'ny faritra samihafa ao amin'ny NGF sy FLG, miaraka amin'ny fifandimbiasana tsara ary tsy misy fahasimbana na rovitra, izay nohamafisin'ny SEM (sary 3) sy ny fandalinana TEM avo lenta (sary 5c-e). Indrindra indrindra, amin'ny sary 5d dia mampiseho ny firafitry ny tetezana amin'ny ampahany lehibe indrindra (ny toerana voamariky ny zana-tsipìka mainty amin'ny sary 5d), izay miavaka amin'ny endrika telozoro ary misy sosona graphene misy sakan'ny 51 eo ho eo. Ny fitambarana misy elanelana interplanar amin'ny 0.33 ± 0.01 nm dia mihena kokoa amin'ny sosona graphene maromaro ao amin'ny faritra tery indrindra (faran'ny zana-tsipìka mainty matevina amin'ny sary 5 d).
Sary TEM planar amin'ny santionany NiAG tsy misy polymère amin'ny gorodona varahina lacy karbona: (a, b) Sary TEM avo lenta ambany ao anatin'izany ny faritra NGF sy FLG, (ce) Ny sary avo lenta amin'ny faritra isan-karazany ao amin'ny panel-a sy panel-b dia zana-tsipìka voamarika mitovy loko. Ny zana-tsipìka maitso amin'ny tontonana a sy c dia manondro faritra boribory misy fahasimbana mandritra ny fampifanarahana ny taratra. (f-i) Ao amin'ny tontonana a hatramin'ny c, ny lamina SAED amin'ny faritra samihafa dia aseho amin'ny faribolana manga, cyan, orange ary mena.
Ny firafitry ny kofehy ao amin'ny Figure 5c dia mampiseho (voamarika amin'ny zana-tsipìka mena) ny orientation mitsangana amin'ny fiaramanidina graphite lattice, izay mety ho noho ny fiforonan'ny nanofolds eo amin'ny sarimihetsika (ampidiro ao amin'ny sary 5c) noho ny adin-tseranana tsy voatanisa be loatra30,61,62 . Eo ambanin'ny TEM avo lenta, ireo nanofolds 30 ireo dia mampiseho ny fiorenan'ny kristaly hafa noho ny sisa amin'ny faritra NGF; ny planina fototra amin'ny makarakara graphite dia mitodika saika mitsangana, fa tsy mitsivalana toy ny sisa amin'ny sarimihetsika (ampidirina ao amin'ny sary 5c). Toy izany koa, ny faritry ny FLG indraindray dia mampiseho vala mitovitovy amin'ny tsipika sy tery (voamarika amin'ny zana-tsipìka manga), izay miseho amin'ny fampitomboana ambany sy antonony ao amin'ny sary 5b, 5e. Ny fampidirana ao amin'ny Figure 5e dia manamafy ny fisian'ny sosona graphene roa sy telo sosona ao amin'ny sehatry ny FLG (interplanar distance 0.33 ± 0.01 nm), izay mifanaraka tsara amin'ny valiny teo aloha30. Fanampin'izany, ny sary SEM voarakitra an'ny NGF tsy misy polymère nafindra teo amin'ny takelaka varahina miaraka amin'ny sarimihetsika karbaona lacy (aorian'ny fanaovana fandrefesana TEM ambony) dia aseho amin'ny sary SI9. Ny faritra FLG mihantona tsara (voamarika amin'ny zana-tsipìka manga) sy ny faritra tapaka amin'ny sary SI9f. Ny zana-tsipìka manga (eo amin'ny sisin'ny NGF nafindra) dia naseho an-kitsirano mba hampisehoana fa ny faritra FLG dia afaka manohitra ny fizotran'ny famindrana tsy misy polymère. Raha fintinina, ireo sary ireo dia manamafy fa ny NGF mihantona amin'ny ampahany (anisan'izany ny faritra FLG) dia mitazona ny fahamendrehana ara-mekanika na dia aorian'ny fikarakarana henjana sy ny fihanaky ny banga avo mandritra ny fandrefesana TEM sy SEM (sary SI9).
Noho ny fahatsaran'ny NGF (jereo ny sary 5a), dia tsy sarotra ny mandrindra ny flakes amin'ny axe domain [0001] handinihana ny rafitra SAED. Miankina amin'ny hatevin'ny sarimihetsika eo an-toerana sy ny toerana misy azy, faritra maromaro mahaliana (12 isa) no fantatra ho an'ny fandalinana diffraction elektronika. Ao amin'ny sary 5a–c, efatra amin'ireo faritra mahazatra ireo no aseho sy voamarika amin'ny faribolana miloko (manga, cyan, voasary, ary mena). Sary 2 sy 3 ho an'ny maodely SAED. Ny sary 5f sy g dia azo avy amin'ny faritra FLG aseho amin'ny sary 5 sy 5. Araka ny aseho amin'ny sary 5b sy c, tsirairay avy. Manana rafitra hexagonal mitovy amin'ny graphene63 miolakolaka izy ireo. Indrindra indrindra, ny sary 5f dia mampiseho lamina telo mitongilana miaraka amin'ny orientation mitovy amin'ny axe zone [0001], mihodina amin'ny 10 ° sy 20 °, araka ny asehon'ny tsy fitovizan'ny zoro amin'ny tara-pahazavana telo (10-10). Toy izany koa, ny sary 5g dia mampiseho lamina hexagonal roa mitongilana mihodina amin'ny 20 °. Vondrona roa na telo amin'ny lamina hexagonal ao amin'ny faritra FLG dia mety hipoitra avy amin'ny sosona graphene telo ao anaty fiaramanidina na ivelan'ny fiaramanidina 33 mihodinkodina mifanakaiky. Mifanohitra amin'izany kosa, ny lamin'ny diffraction elektronika ao amin'ny Figure 5h,i (mifanaraka amin'ny faritra NGF aseho amin'ny Figure 5a) dia mampiseho lamina iray [0001] miaraka amin'ny hamafin'ny diffraction amin'ny ankapobeny, mifanaraka amin'ny hatevin'ny fitaovana lehibe kokoa. Ireo maodely SAED ireo dia mifanitsy amin'ny rafitra graphitika matevina kokoa sy ny orientation intermediate noho ny FLG, araka ny nalaina avy amin'ny index 64. Ny toetran'ny toetran'ny kristaly NGF dia nanambara ny fisian'ny kristaly roa na telo superimposed graphite (na graphene). Ny zava-dehibe indrindra amin'ny faritra FLG dia ny fisian'ny kristaly manana ambaratongam-pahadisoana ao anaty fiaramanidina na ivelan'ny fiaramanidina. Ny singa / sosona grafita misy zoro fihodinan'ny fiaramanidina 17 °, 22 ° ary 25 ° dia efa voalaza teo aloha ho an'ny NGF nambolena tamin'ny sarimihetsika Ni 64. Ny sandan'ny zoro fihodinana hita amin'ity fandinihana ity dia mifanaraka amin'ny zoro fihodinana hita teo aloha (± 1 °) ho an'ny graphene miolakolaka BLG63.
Ny fananana elektrika an'ny NGF / SiO2 / Si dia refesina amin'ny 300 K amin'ny faritra 10 × 3 mm2. Ny sandan'ny fifantohan'ny mpitatitra elektronika, ny fivezivezena ary ny conductivity dia 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 ary 2000 S-cm-1. Mitovitovy amin'ny graphite voajanahary2 ny sandan'ny fivezivezena sy ny conductivity an'ny NGF ary avo kokoa noho ny graphite pyrolytika tena miompana amin'ny varotra (vokatra amin'ny 3000 °C)29. Ny sandan'ny fifantohana amin'ny elektrônika voamarika dia avo roa heny noho ireo notaterina vao haingana (7.25 × 10 cm-3) ho an'ny sarimihetsika grafita matevina mikraoba voaomana amin'ny takelaka polyimide avo lenta (3200 ° C) 20 .
Nanao fandrefesana fifindran'ny taratra UV ihany koa izahay tamin'ny FS-NGF nafindra tany amin'ny substrate quartz (sary 6). Ny spektrum vokatr'izany dia mampiseho fampitana saika tsy tapaka amin'ny 62% amin'ny salan'isa 350-800 nm, izay manondro fa ny NGF dia mangarahara amin'ny hazavana hita maso. Raha ny marina, ny anarana hoe "KAUST" dia hita ao amin'ny sarin'ny santionany amin'ny sary 6b. Na dia tsy mitovy amin'ny an'ny SLG aza ny firafitry ny nanocrystalline NGF, ny isan'ny sosona dia azo tombanana amin'ny fampiasana ny fitsipiky ny 2.3% fatiantoka fampitana isaky ny layer65 fanampiny. Araka io fifandraisana io, ny isan'ny sosona graphene miaraka amin'ny fahaverezan'ny fifindran'ny 38% dia 21. Ny NGF lehibe indrindra dia misy sosona graphene 300, izany hoe 100 nm ny hateviny (sary 1, SI5 ary SI7). Noho izany, heverintsika fa ny mangarahara optique voamarika dia mifanaraka amin'ny faritra FLG sy MLG, satria mizara manerana ny sarimihetsika izy ireo (sary 1, 3, 5 ary 6c). Ankoatra ireo angon-drakitra ara-drafitra etsy ambony, ny conductivity sy ny mangarahara dia manamafy ihany koa ny kalitao kristaly avo lenta amin'ny NGF nafindra.
(a) Fandrefesana fifindran'ny taratra UV, (b) famindrana NGF mahazatra amin'ny quartz mampiasa santionany solontena. (c) Schematic of NGF (boaty maizina) miaraka amin'ny faritra FLG sy MLG miparitaka mitovy amin'ny endrika kisendrasendra volondavenona manerana ny santionany (jereo ny sary 1) (eo ho eo amin'ny faritra 0.1-3% isaky ny 100 μm2). Ny endrika kisendrasendra sy ny habeny ao amin'ny kisary dia natao ho an'ny fanoharana fotsiny ary tsy mifanaraka amin'ny faritra tena izy.
Ny NGF translucent novokarin'ny CVD dia nafindra tany amin'ny faritra silisiôna tsy misy dikany ary nampiasaina tamin'ny cellule solar15,16. Ny fahombiazan'ny fiovam-po mahery vaika (PCE) dia 1,5%. Ireo NGF ireo dia manao asa maro toy ny sosona mitambatra mavitrika, lalana fitaterana fiampangana, ary electrodes mangarahara15,16. Na izany aza, ny sarimihetsika graphite dia tsy mitovy. Ilaina ny fanatsarana bebe kokoa amin'ny alàlan'ny fanaraha-maso amim-pitandremana ny fanoherana ny takelaka sy ny fifindran'ny optique amin'ny electrode graphite, satria ireo fananana roa ireo dia manana anjara toerana lehibe amin'ny famaritana ny sandan'ny PCE an'ny cellule solar15,16. Amin'ny ankapobeny, ny sarimihetsika graphene dia 97,7% mangarahara amin'ny hazavana hita maso, saingy manana fanoherana 200–3000 ohms/sq.16 ny takelaka. Ny fanoherana ambonin'ny sarimihetsika graphene dia azo ahena amin'ny alàlan'ny fampitomboana ny isan'ny sosona (famindrana maromaro ny sosona graphene) sy ny doping amin'ny HNO3 (~ 30 Ohm/sq.)66. Na izany aza, ity dingana ity dia mitaky fotoana lava ary ny sosona famindrana samihafa dia tsy mitazona fifandraisana tsara foana. Ny lafiny anoloana NGF dia manana toetra toy ny conductivity 2000 S/cm, sarimihetsika takelaka fanoherana 50 ohm/sq. ary ny mangarahara 62%, ka mahatonga azy ho safidy azo ampiasaina ho an'ny fantsona conductive na electrodes counter amin'ny cellule solar15,16.
Na dia mitovitovy amin'ny FS-NGF aza ny rafitra sy ny simia ambonin'ny BS-NGF, dia tsy mitovy ny habetsany ("Fitomboan'ny FS- sy BS-NGF"). Teo aloha dia nampiasa graphite22 sarimihetsika ultra-manify izahay ho sensor entona. Noho izany, nosedrainay ny fahafahan'ny fampiasana BS-NGF ho an'ny asa fandrefesana entona (sary SI10). Voalohany, ny ampahany amin'ny mm2 amin'ny BS-NGF dia nafindra tao amin'ny chip sensor electrode interdigitating (sary SI10a-c). Ny antsipirian'ny fanamboarana ny puce dia notaterina teo aloha; Ny faritra saro-pady mavitrika dia 9 mm267. Ao amin'ny sary SEM (sary SI10b sy c), ny electrode volamena ambanin'ny tany dia hita mazava tsara amin'ny alàlan'ny NGF. Averina indray, azo jerena fa nahatratra ny santionany rehetra ny fandrakofana puce fanamiana. Ny fandrefesana sensor entona amin'ny gazy isan-karazany dia voarakitra (sary SI10d) (sary SI11) ary ny tahan'ny valiny dia aseho ao amin'ny Fig. SI10g. Azo inoana fa miaraka amin'ny gazy manelingelina hafa anisan'izany ny SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) ary NH3 (200 ppm). Ny antony iray mety dia ny NO2. toetra electrophilic ny gazy22,68. Rehefa mipetaka amin'ny graphene ny graphene dia mampihena ny fidiran'ny elektronika amin'izao fotoana izao ny rafitra. Ny fampitahana ny angon-drakitra momba ny fotoana famaliana ny sensor BS-NGF miaraka amin'ireo sensor navoaka teo aloha dia aseho amin'ny tabilao SI2. Mitohy ny mekanika amin'ny famerenana ny sensor NGF amin'ny alàlan'ny plasma UV, plasma O3 na fitsaboana mafana (50-150 ° C) amin'ny santionany miharihary, arahin'ny fampiharana ny rafitra napetraka69.
Mandritra ny fizotran'ny CVD, ny fitomboan'ny graphene dia miseho amin'ny lafiny roa amin'ny substrate catalyst41. Na izany aza, matetika ny BS-graphene dia esorina mandritra ny fizotran'ny famindrana41. Amin'ity fanadihadiana ity dia asehontsika fa ny fitomboan'ny NGF avo lenta sy ny famindrana NGF tsy misy polymer dia azo tanterahina amin'ny lafiny roa amin'ny fanohanana catalyst. Ny BS-NGF dia manify (~ 80 nm) noho ny FS-NGF (~ 100 nm), ary io fahasamihafana io dia hazavaina amin'ny hoe ny BS-Ni dia tsy mibaribary mivantana amin'ny fikorianan'ny entona mialoha. Hitanay ihany koa fa ny hamafin'ny substrate NiAR dia misy fiantraikany amin'ny hamafin'ny NGF. Ireo vokatra ireo dia manondro fa ny planar FS-NGF efa lehibe dia azo ampiasaina ho fitaovana mialoha ho an'ny graphene (amin'ny fomba exfoliation70) na ho toy ny fantsona conductive ao amin'ny cellule solar15,16. Mifanohitra amin'izany kosa, ny BS-NGF dia hampiasaina amin'ny fitiliana entona (sary SI9) ary mety ho an'ny rafitra fitahirizana angovo71,72 izay hahasoa ny hamafin'ny tany.
Raha jerena ireo voalaza etsy ambony ireo, dia ilaina ny manambatra ny asa ankehitriny amin'ny sarimihetsika graphite efa navoaka teo aloha izay novokarin'ny CVD ary mampiasa foil nikela. Araka ny hita ao amin'ny tabilao 2, ny fanerena avo kokoa nampiasainay dia nanafohy ny fotoana fanehoan-kevitra (dingana fitomboana) na dia amin'ny mari-pana somary ambany aza (eo amin'ny 850-1300 ° C). Nahatratra fitomboana lehibe kokoa noho ny mahazatra ihany koa izahay, izay manondro ny mety hisian'ny fanitarana. Misy lafin-javatra hafa tokony hodinihina, ny sasany dia nampidirinay tao amin'ny latabatra.
Ny NGF avo roa heny dia nambolena tamin'ny foil nikela tamin'ny CVD catalytic. Amin'ny fanafoanana ny substrate polymère nentim-paharazana (toy ny ampiasaina amin'ny graphene CVD), dia mahatratra ny famindrana mando madio sy tsy misy kilema ny NGF (nitombo teo amin'ny lamosina sy teo anoloan'ny foil nikela) mankany amin'ny substrate isan-karazany. Marihina fa ny NGF dia ahitana faritra FLG sy MLG (matetika 0,1% hatramin'ny 3% isaky ny 100 µm2) izay mitambatra tsara amin'ny sarimihetsika matevina kokoa. Ny Planar TEM dia mampiseho fa ireo faritra ireo dia ahitana fitambarana grafita/graphene roa ka hatramin'ny telo (kristaly na sosona, tsirairay avy), ny sasany amin'izy ireo dia misy tsy fitovian'ny fihodinana 10-20°. Ny faritra FLG sy MLG dia tompon'andraikitra amin'ny mangarahara ny FS-NGF amin'ny hazavana hita maso. Raha ny amin'ny takelaka aoriana, dia azo entina mifanandrify amin'ny takelaka eo anoloana izy ireo ary, araka ny aseho, dia mety manana tanjona azo ampiasaina (ohatra, ho an'ny fikarohana entona). Ireo fandalinana ireo dia tena ilaina amin'ny fampihenana ny fako sy ny fandaniana amin'ny fizotran'ny CVD amin'ny ambaratonga indostrialy.
Amin'ny ankapobeny, ny salan'isan'ny CVD NGF dia eo anelanelan'ny graphene (ambany sy maro sosona) sy ny takelaka grafita indostrialy (mikrometatra). Ny isan'ny fananana mahaliana azy ireo, miaraka amin'ny fomba tsotra novolavolainay ho an'ny famokarana sy ny fitaterana azy ireo, dia mahatonga ireo sarimihetsika ireo ho mety indrindra amin'ny fampiharana mitaky ny valin'ny asa amin'ny graphite, tsy misy fandaniana amin'ny fizotran'ny famokarana indostrialy mampiasa angovo amin'izao fotoana izao.
Nisy foil nikela 25-μm (fahadiovana 99,5%, Goodfellow) napetraka tao amin'ny reactor CVD ara-barotra (Aixtron 4-inch BMPro). Ny rafitra dia nodiovina tamin'ny argon ary nafindra tamin'ny tsindry fototra 10-3 mbar. Avy eo dia napetraka ny foil nikela. ao amin'ny Ar / H2 (Taorian'ny fametahana mialoha ny foil Ni mandritra ny 5 min, ny foil dia nipoitra tamin'ny fanerena 500 mbar amin'ny 900 ° C. Ny NGF dia napetraka tao anaty fikorianan'ny CH4 / H2 (100 cm3 tsirairay) nandritra ny 5 min. Ny santionany dia nangatsiaka tamin'ny hafanana ambanin'ny 700 ° C tamin'ny fampiasana Ar flow (4000 cm3) amin'ny 40 °C/min Ny antsipiriany momba ny fanatsarana ny fizotry ny fitomboan'ny NGF dia voalaza any amin'ny toerana hafa30.
Ny endriky ny endriky ny santionany dia nasehon'ny SEM tamin'ny fampiasana mikraoskaopy Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA). Ny hamafin'ny santionany sy ny hatevin'ny NGF dia norefesina tamin'ny fampiasana AFM (Dimension Icon SPM, Bruker). Ny fandrefesana TEM sy SAED dia natao tamin'ny alàlan'ny mikraoskaopy FEI Titan 80-300 Cubed misy basy famirapiratana avo (300 kV), monochromator karazana FEI Wien ary mpandrindra spherical aberration CEOS ho an'ny vokatra farany. famaha spatial 0.09 nm. Ny santionan'ny NGF dia nafindra tany amin'ny karbaona lacy coated copper grids ho an'ny fisaka TEM imaging sy ny SAED structure analysis. Noho izany, ny ankamaroan'ny flocs santionany dia mihantona ao amin'ny mason'ny fonon-tanana manohana. Ny santionany NGF nafindra dia nodinihina tamin'ny XRD. Ny lamina diffraction X-ray dia azo tamin'ny alàlan'ny diffractometer vovoka (Brucker, D2 phase shifter miaraka amin'ny loharano Cu Kα, 1.5418 Å ary LYNXEYE detector) mampiasa loharano taratra Cu miaraka amin'ny savaivony 3 mm.
Fandrefesana teboka Raman maromaro no voarakitra tamin'ny alàlan'ny microscope confocal (Alpha 300 RA, WITeC). Ny laser 532 nm miaraka amin'ny herin'ny excitation ambany (25%) dia nampiasaina mba hisorohana ny fiantraikan'ny hafanana. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) dia natao tamin'ny Kratos Axis Ultra spectrometer amin'ny faritra santionany 300 × 700 μm2 amin'ny fampiasana taratra Al Kα monochromatic (hν = 1486.6 eV) amin'ny herin'ny 150 W. Ny spectra vahaolana dia azo tamin'ny angovo fifindran'ny 160 eV sy 20 eV, tsirairay avy. Ny santionan'ny NGF nafindra tao amin'ny SiO2 dia notapatapahina (3 × 10 mm2 tsirairay avy) tamin'ny fampiasana laser fibre ytterbium PLS6MW (1.06 μm) tamin'ny 30 W. Ny fifandraisana tariby varahina (50 μm matevina) dia noforonina tamin'ny fampiasana pasteur volafotsy teo ambanin'ny mikraoskaopy optika. Ny fitaterana elektrika sy ny andrana vokatry ny Hall dia natao tamin'ireo santionany ireo tamin'ny 300 K ary ny fiovan'ny sahan'andriamby ± 9 Tesla amin'ny rafitra fandrefesana fananana ara-batana (PPMS EverCool-II, Quantum Design, Etazonia). Ny spectra UV-vis nampitaina dia noraketina tamin'ny alàlan'ny spectrophotometer Lambda 950 UV-vis ao amin'ny faritra 350-800 nm NGF nafindra tany amin'ny substrate quartz sy santionany reference quartz.
Ny sensor fanoherana simika (puce electrode interdigitated) dia napetaka tamin'ny board circuit 73 natao pirinty ary nesorina vetivety ny fanoherana. Ampifandraisina amin'ny fiantsonan'ny fifandraisana ny birao fitehirizam-boky misy ny fitaovana ary apetraka ao anatin'ny efitrano fandrefesana entona 74. Ny fandrefesana ny fanoherana dia natao tamin'ny voltase 1 V miaraka amin'ny scan mitohy manomboka amin'ny fanadiovana mankany amin'ny fivoahan'ny entona ary avy eo dia diovina indray. Ny efitrano dia nodiovina tamin'ny voalohany tamin'ny fanadiovana tamin'ny azota tamin'ny 200 cm3 nandritra ny adiny iray mba hahazoana antoka ny fanesorana ireo analytes hafa rehetra ao amin'ny efitrano, anisan'izany ny hamandoana. Avy eo dia navoaka tsikelikely tao amin'ny efitrano ny famakafakana tsirairay tamin'ny tahan'ny fikorianan'ny 200 cm3 tamin'ny fanakatonana ny cylinder N2.
Navoaka ny dikan-teny nohavaozina amin'ity lahatsoratra ity ary azo jerena amin'ny alàlan'ny rohy eo an-tampon'ny lahatsoratra.
Inagaki, M. ary Kang, F. Carbon Materials Science and Engineering: Fundamentals. Fanontana faharoa nohavaozina. 2014. 542.
Pearson, HO Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes: Properties, Processing and Applications. Nohavaozina ny andiany voalohany. 1994, New Jersey.
Tsai, W. et al. Sarimihetsika graphene / graphite amin'ny faritra lehibe toy ny electrodes conductive manify mangarahara. fampiharana. fizika. Wright. 95(12), 123115(2009).
Balandin AA Toetra mafana amin'ny graphene sy akora karbaona nanostructured. Nat. Mat. 10(8), 569–581 (2011).
Cheng KY, Brown PW ary Cahill DG Fitondran-tena mafana amin'ny sarimihetsika grafita nambolena tamin'ny Ni (111) tamin'ny alàlan'ny fametrahana etona simika amin'ny hafanana ambany. adverb. Mat. Interface 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Fitomboana mitohy amin'ny sarimihetsika graphene amin'ny alàlan'ny fametrahana etona simika. fampiharana. fizika. Wright. 98(13), 133106(2011).
Fotoana fandefasana: Aug-23-2024