Gratias tibi ago pro natura.com adire. Versio navigandi quam uteris habet subsidium CSS limitatum. Ad optimos eventus commendamus ut recentiore versione navigatoris utaris (vel inactivare Modus Compatibilitas in Penitus Rimor). Interea, ut subsidia permanentia, situm sine graphide vel JavaScript ostendimus.
Membrana graphita nanoscales (NGFs) robusti sunt nanomateria, quae ex catalytico chemico depositione vaporum produci possunt, quaestiones autem circa otium translationis manent et quomodo morphologia superficies eorum usum in machinis generationis proximae afficit. Hic referimus incrementum NGF in utraque parte folii polycrystallini nickel (area 55 cm2, crassitudine circiter 100 um) eiusque polymer-liberi translationis (ante et retro, area usque ad 6 cm2). Ob morphologiam folii catalysti, duae membranae carbonis differunt in proprietatibus corporis et aliis notis (ut asperitas superficiei). Demonstremus NGFs cum interiore asperiore bene deprehensioni NO2 aptum esse, dum levius et expeditius NGFs in parte anteriore (2000 S/cm, lintea resistentia – 50 ohms/m2) viable conductores esse possunt. canalis vel electrode cellae solaris (quia 62% lucis visibilem transmittit). Altiore, auctum et onerariorum processuum descriptum adiuvari potest ut percipere NGF ut jocus materia carbonis ad applicationes technologicas, ubi graphene et graphitae micron crassae aptae non sunt.
Graphite late usus est materia industrialis. Egregie graphites proprietates habet densitatis et altae in-planae scelerisque ac electricae molis relative humilis, et valde stabilis est in ambitus1,2 scelestis et chemicis duris. Flake graphita nota est materia incipiens pro inquisitione graphene. Cum in tenues membranas processit, in amplis applicationibus adhiberi potest, incluso calore deprimi pro machinationibus electronicis ut smartphones4,5,6,7, ac materia activa in sensoriis 8,9,10 et pro impedimento electromagnetico praesidio11. 12 et membrana ad lithographiam in extrema ultraviolet13,14, canales in cellulis solaris 15,16. Ad omnes has applicationes, magnum commodum esset si magnae cinematographicae graphitae (NGFs) crassitudines in nanoscale continentes <100 um facile produci et transportari possent.
Membrana graphite variis modis producuntur. Uno in casu, embedding et expansionem, quam sequitur exfoliationem, adhibebantur graphene flakes 10,11,17 producere. Lactulae ulterius procedendum esse in taeniolis crassitudinis inquisitae, et saepe aliquot dies ad schedulas densas graphite producendas. Alius accessus praecursoribus solidis graphice committitur. In industria schedae polymerorum carbonised (ad 1000-1500°C) et graphitized (ad 2800-3200 °C) ad materias stratas bene structas formandas. Quamquam qualitas harum pellicularum alta est, energiae consummatio significant1,18,19 et minima crassitudo paucis microns1,18,19,20.
Depositio vapor chemicus catalyticus (CVD) notus est methodus ad graphenam producendam et membranas graphites ultrathinas (<10 um) cum qualitate structurae altae et rationabili cost21,22,23,24,25,26,27. Nihilominus cum incremento graphenae et graphitae ultrathinae membranae28, magnae areae incrementi et/vel applicationis NGF utendi CVD, minus etiam explorata est 11,13,29,30,31,32,33.
CVD graphene matura et cinematographica graphia saepe transferri necesse est in functiones subiectas34. Hae tenues translationes cinematographicae duas methodos principales involvunt: (1) non-etch transfer36,37 et (2) etch-substructio infectum chemicae translatio (substratum sustinetur) 14, 34, 38. Utraque methodus nonnulla habet commoda et incommoda, et eligenda secundum intentionem intentam, de qua alibi 35,39. Nam membrana graphene/graphita in subiecta catalytica crevit, translatio per processuum chemicorum infectum (cuius polymethyl methacrylatus (PMMA) est quam strato sustentamento communius adhibitus) manet prima electio 13,30,34,38,40,41,42. Tu et al. Commemorabatur nullum polymerum adhibitum esse ad NGF translationem (magnitudinem exempli circiter 4 cm2) 25, 43, sed nulla singularia de stabilitate exempli et/vel tractatione in translatione adhibita; Processus chemiae humidae utentes polymerorum pluribus gradibus constant, cum applicatione et subsequente remotione polymerorum sacrificiorum XXX, 38, 40, 41,42. Hic processus incommoda habet: exempli gratia, residua polymerus proprietatibus adultorum film38 mutare potest. Additional processus polymerum residuum tollere potest, sed hae gradus additi augent sumptus et tempus productionis cinematographicae 38,40. In incremento CVD, iacuit graphene deponitur non solum in parte anteriore folli catalysti (laterum ad vaporem fluens), sed etiam in latere posteriore. Sed haec consideratur vastitas et plasma38,41 mollia cito removeri potest. Haec cinematographica redivivus maximize cede iuvare potest, etiam si inferioris qualitatis est quam facies cinematographici carbonis.
Hic referimus praeparationem lagani bifacialis incrementi NGF cum structurae altae qualitatis in nucleo polycrystallino per CVD. Consideratum est quomodo asperitas frontis et posterioris superficiei folii afficit morphologiam et structuram NGF. Etiam polymerum liberum translationem NGF ab utraque parte nuclei fodinae in multifunctionales subiecta demonstramus et cost-efficax et environmentally- amicabiliter demonstramus quomodo membranae anteriores et posteriores variis applicationibus aptae sint.
Sequuntur sectiones de diversis crassitudinibus graphitarum cinematographicarum secundum numerum graphenei reclinatorum stratarum: (i) graphenei unius strati (SLG, 1 strati), (ii) paucae graphenae stratae (FLG, <10 laminis), (iii) graphene multilayer (i) graphene MLG, 10-30 stratis) et (iv) NGF (~ 300 stratis). Haec crassitudo frequentissima exprimitur ut recipis areae (circa 97% aream per 100 µm2). Quam ob rem totum velum simpliciter NGF appellatur.
Polycrystallina nickel rudimenta adhibita ad synthesim graphenae et graphitae membranae varias texturas habent propter earum fabricam et processus subsequentes. Nuper retulimus studium processus crescendi NGF30. Demonstramus processum parametri sicut furnum tempus et pressurae cubiculi in scaena incrementi, partes criticas agere in obtinendo NGFs crassitudinis uniformis. Hic ulterius incrementum NGF in fronte polito (FS) investigavimus et incultum retro (BS) bracteolae nickel (Fig. 1a). Exemplarum tria genera FS et BS examinata sunt, in Tabula 1. In inspectione visiva, incrementum uniforme NGF in utraque parte foil nickel (NiAG) videri potest color mutationis molee Ni subiectae a propria argenti metallica. griseo ad matte griseo colore (Fig. 1a); mensurae microscopicae confirmatae sunt (fig. 1b, c). Spectrum Raman typicum FS-NGF in regione clara observatum et indicatur sagittis rubris, caeruleis et aureis in Figura 1b ostenditur in Figura 1c. Proprietas Raman cacumina graphite G (1683 cm−1) et 2D (2696 cm−1) confirmant incrementum summe crystallini NGF (fig. 1c, Tabula SI1). In cinematographico, praedominantia spectris Raman cum ratione vehementi (I2D/IG) ~0.3 observata est, dum spectra Raman cum I2D/IG = 0.8 raro observata sunt. In absentia cacumina defectiva (D = 1350 cm-1) in tota cinematographico qualitatem altae incrementi NGF indicat. Similes eventus Raman in sample BS-NGF habiti sunt (Figura SI1 a et b, Tabula SI1).
Comparatio NiAG FS- et BS-NGF: (a) Imaginis typicae NGF (NiAG) specimen augmenti lagani (55 cm2) exhibens NGF et inde BS- et FS-Ni exempla foil, (b) FS-NGF Imagines / Ni per microscopium opticum, (c) spectra Raman typica descripta diversis positionibus in tabulis b, (d, f) SEM imagines diversis magnificationibus in FS-NGF/Ni, (e, g) SEM imagines diversis magnificationibus Ponit BS -NGF/Ni. Sagitta caerulea indicat regionem FLG, sagitta aurantiaca indicat regionem MLG (prope regionem FLG), sagitta rubra indicat regionem NGF, et sagitta magenta ovile indicat.
Cum incrementum ex crassitudine subiecti initialis, crystalli magnitudinis, orientationis et limitum frumenti dependet, NGF crassitudines super magnas areas obtinendas rationabile imperium manet provocatio 20, 34,44. Hoc studio contenti sumus antea evulgati. Hic processus claram regionem 0.1 ad 3% per 100 µm230. In sectionibus sequentibus exhibemus eventum utriusque regionum. Imagines altae magnificationis SEM praesentiam plurium arearum utrimque nitidorum discrepantium ostendunt (Fig. 1f,g), praesentiam FLG et MLG regionum 30,45 ostendunt. Hoc etiam confirmatum est a Raman dispergente (Fig. 1c) et eventibus TEM (de quibus postea in sectione "FS-NGF: structura et proprietatibus"). Regiones FLG et MLG observatae sunt in FS- et BS-NGF/Ni exemplaria (ante et retro NGF in Ni creverunt) grana in magna Ni(111) condita in prae-annales 22, 30,45 increverunt. Folia utrinque observata (fig. 1b, sagittis purpureis notata). Hae plicae saepe inveniuntur in graphene et graphide CVD cinematographico ob magnam differentiam coëfficientis expansionis scelerisque inter graphite et nickel substrati 30,38.
Imago confirmavit AFM specimen specimen FS-NGF planiorem fuisse quam specimen BS-NGF (Figura SI1) (Figura SI2). Radix media quadrata (RMS) asperitas valorum FS-NGF/Ni (Fig. SI2c) et BS-NGF/Ni (Fig. SI2d) sunt 82 et 200 um, respective (metiri supra ambitum 20× 20 μm2). Asperitas superior intelligi potest fundatur in superficie analysi nickel (NiAR) foil in statu recepto (Figura SI3). SEM imagines FS et BS-NiAR in figuris SI3a-d ostenduntur, diversas morphologias superficiei demonstrantes: foil politum FS-Ni habet particulas sphaericas nano- et micron mediocres, dum foil BS-Ni rudis scalam productionem exhibet. as, Particulae magna vi. detrectare. Imagines resolutionis infimae et altae in clauso nickel (NiA) ostenduntur in Figura SI3e-h. In his figuris animadvertere possumus praesentiam plurium particularum micron-sized nickel in utraque parte foil nickel (Fig. SI3e-h). Grandia grana Ni (111) superficiei orientationis habere possunt, ut ante relatum est 30,46. Notae differentiae sunt in foil morphologia Nickel inter FS-NiA et BS-NiA. Asperitas superior BS-NGF/Ni debetur superficiei impolitae BS-NiAR, cuius superficies etiam post furnum (Figura SI3) significanter aspera manet. Hoc genus characterisationis superficiei ante processum incrementum permittit asperitas graphenae et membranae graphitae temperari. Animadvertendum est substratum originale subiisse ordinationem frumenti in graphene augmento quodam, quod paulum minuit grani magnitudinem et aliquantum auget asperitatem superficiei subiecti comparati claua annata et catalysta cinematographica.
Substantiae superficies asperitas substrata, furnum tempus (magna frumenti) 30,47 et moderatio relaxationis adiuvabit crassitudinem regionalem NGF ad µm2 et / vel etiam nm2 aequalem reducere (id est, crassitudines paucorum nanometrorum). Ad asperitatem superficiei subiecti moderandam, methodi ut electrolytici expolitio nuclei foil resultantis considerari potest. Praetractata nickel foil potest tunc temperatura inferiori subiungitur (< 900 °C) 46 et tempus (< 5 min) ad vitandum formationem granorum magnarum Ni(111) (quod ad incrementum FLG utile est).
SLG et FLG graphene tensio superficiei acida et aquae sustinere non potest, subsidia mechanica requirens stratis in humidis chemicis translationis processes22,34,38. E contra translationem chemicam udo polymerorum graphene-sorum sustentatorum, invenimus utrumque latus adulti NGF sine auxilio polymerorum transferri posse, ut in Figura 2a (vide Figure SI4a pro pluribus). Translatio NGF ad subiectam datam incipit cum umido et cinematographico Ni30.49 cinematographicae. Exemplaria adulta NGF/Ni/NGF pernoctare posita sunt in 15 mL 70% HNO3 diluta 600 mL aquae deionizatae. Postquam ffoyle Ni perfecte dissolvitur, FS-NGF plana manet et in superficie liquoris innatat, sicut specimen NGF/Ni/NGF, dum BS-NGF in aqua immergitur (Fig. 2a,b). Solus NGF translatum est ab uno potorio, in quo aqua nova deionizata in alterum poculum erat, et solitaria NGF abluta est, repetita quater ad sex vicibus per catinum vitreum concavum. Demum FS-NGF et BS-NGF in subjecto desiderato collocati sunt (Fig. 2c).
Polymerus liber humidus processus chemici translatio pro NGF crevit in nickel foil: (a) Processus fluxus schematis (vide Figure SI4 ad plura), (b) photographica photographica NGF post Ni etching (c) Exemplum FS. – et BS-NGF translatio ad SiO2/Si subiecta, (d) FS-NGF translatio ad polymerum opacum substratum, (e) BS-NGF ex eodem specimen ac tabula d (in duas partes divisa), transfertur in chartam auream C chartam. et Nafion (flexibile diaphanum subiectum, marginibus rubris angulis notatum).
Nota SLG translationem quae infectum chemicae translationis methodi utens peractam requirit totum processum temporis 20-24 horarum 38 . Cum technicis libera translatio polymerorum hic demonstrata (Figura SI4a), altiore NGF processui translationis temporis signanter minuitur (circiter 15 horas). Processus constat ex: (Step 1) solutionem engraving para et in ea specimen pone (~ 10 minuta), tunc exspecta Ni etching pernoctare (~7200 minuta), (Gradus 2) cum aqua deionized accende (Gradus – 3). . reponunt in deionized aqua vel transferre ad scopum subiecto (min XX). Aquae inter NGF et molem matricis capti ab actione capillaria (utens charta deletione) 38, auferuntur reliquae guttae aquae naturali siccitate (proxime 30 min), et tandem specimen exsiccatur pro 10 min. min in clibano vacuo (10-1 mbar) ad 50-90 °C (60 min) 38 .
Graphite notum est sustinere praesentiam aquae et aeris in satis calidis temperaturis (≥ 200 °C) 50.51,52. Specimina probavimus utentes Raman spectroscopiam, SEM, et XRD post repositionem in aqua deionizata in cella temperie et in utribus obsignatis alicubi a paucis diebus ad unum annum (Figura SI4). Degradatio notabilis non est. Figura 2c ostendit liberum stans FS-NGF et BS-NGF in aqua deionizata. Eas cepimus in SiO2 (300 um)/Si subiectae, ut initio Figurae 2c ostensum est. Accedit, ut ostenditur in Figura 2d, e, continua NGF transferri potest ad varia subiecta, sicut polymerorum ( polyamide Thermabright e Nexolve et Nafion ) et charta carbonis iactata. Fluitans FS-NGF facile in scopo substrata (fig. 2c, d). Attamen BS-NGF specimina maiora quam 3 cm2 difficilia tractari erant cum omnino in aqua immersi. Plerumque, cum aqua volvere incipiunt, ob incuriam tractationem, interdum in duas vel tres partes erumpunt (fig. 2e). Altiore, polymerorum liberam translationem PS- et BS-NGF consequi potuimus (continuum inconsutilem translationem sine NGF/Ni/NGF ad 6 cm2 incrementum) pro speciminibus usque ad 6 et 3 cm2 in area, respective. Residuae magnae vel particulae in solutione etching vel aqua deionizata facile conspici possunt in subiecto desiderato (~1 mm2, figura SI4b, vide specimen in craticula aenea translata sicut in "FS-NGF: Structura et Proprietatibus (disputatis) under "Structure and Properties") or store for future use (Figura SI4). Ex hac norma, aestimamus NGF recuperari posse in redditibus ad 98-99% (post incrementum translationis).
Exempla translationis sine polymerum singillatim enucleata sunt. Superficies morphologicae notae in FS- et BS-NGF/SiO2/Si (Fig. 2c) adhibitis microscopiis opticis (OM) et SEM imaginibus (fig. SI5 et Fig. 3) demonstraverunt exempla haec sine microscopio translata esse. Damnum visibilis structurae sicut rimas, foramina, vel in evolvit areas. Vallae in NGF crescente (fig. 3b, d sagittis purpureis notatae) integrae post translationem manserunt. Ambae FS- et BS-NGFs componuntur ex regionibus FLG (regiones lucidae a sagittis caeruleis in Figura 3). Mire, contra paucas regiones quassatas in polymerorum translatione graphitarum ultrathinarum membranarum typice observatarum, nonnullae regiones micron-ascultas FLG et MLG cum NGF connectentes (in Figura 3d sagittis caeruleis notatae) sine rimas vel rumpite translatae sunt (Figura 3d) . 3). . Mechanica integritas adhuc confirmata est utens TEM et SEM imagines NGF in craticulas aeneas carbones translatas, de quibus postea ("FS-NGF: Structure et Properties". Translatum BS-NGF/SiO2/Si asperius est quam FS-NGF/SiO2/Si cum rms valoribus 140 um et 17 nm, respective, ut in Figura SI6a et b (20 × 20 μm2) ostenditur. Valor RMS ipsius NGF in SiO2/Si substratus (RMS <2 um) translatus signanter inferior (circiter 3 times) est quam NGF in Ni (Figura SI2) crevit, indicans additam asperitatem superficiei Ni respondere posse. Praeterea imagines AFM in marginibus FS- et BS-NGF/SiO2/Si faciendae exempla NGF crassitudines 100 et 80 um (Fig. SI7). Minor crassitudo BS-NGF consequi potest superficiem non directe expositae gasi praecursori.
Translata NGF (NiAG) sine polymer in SiO2/Si laganum (vide Figura 2c): (a,b) SEM imagines translatae FS-NGF: magnificatio humilis et alta (respondens quadrato aurantiorum in tabella). Locis typicis) – a). imagines SEM translatarum BS-NGF: magnificatio humilis et alta (respondens area typica ostensa quadrato aurantiorum in tabulis c). (e, f) AFM imagines translationum FS- et BS-NGFs. Sagitta caerulea significat regionem FLG - discrepantiam lucidam, sagitta cyan - contra MLG nigrum, sagitta rubra - nigra antithesis regionem NGF significat, sagitta magenta ovile significat.
Compositio chemica crevit et translata FS- et BS-NGFs per spectroscopium photoelectronum X-ray (XPS) (fig. 4) evolvit. Debile cacumen in spectris mensuratis observatum est (Fig. 4a, b), substratum Ni respondens (850 eV) adultorum FS- et BS-NGFs (NiAG). Culmina nulla sunt in spectris mensuratis translationis FS- et BS-NGF/SiO2/Si (Fig. 4c; similes proventus pro BS-NGF/SiO2/Si non ostenduntur), indicans nullas residua contagione post translationem NI . Figurae 4d-f ostendunt summam resolutionem spectris C 1 s, O 1 s et Si 2p gradus navitatis FS-NGF/SiO2/Si. Vis ligaturae C 1 s graphitae est 284.4 eV53.54. Figura linearis graphitorum cacumina plerumque asymmetrica esse censetur, ut in Figura 4d54 ostenditur. Summus resolutio cori-gradi C 1 spectri (fig. 4d) confirmata est etiam pura translatio (id est residua polymerorum) quae cum studiis praecedentibus congruit. Lineae C 1 spectris recentis specimen (NiAG) et post translationem sunt 0.55 et 0.62 eV, respective. Hi valores altiores sunt quam SLG (0,49 eV pro SLG in subiecto SiO2)38. Sed haec bona minora sunt quam lineae lineae ante relatae propter exempla graphene pyrolytica valde ordinata (~0.75 eV)53,54,55, absentiam carbo carbonis in materia hodierna indicato. In C 1 s et o 1 s spectris etiam humeri planities caret, necessitatem tollens summus solutionis cacumen deconvolution54. Est π → π* satellite cacumen circa 291.1 eV, quod saepe in exemplis graphitis observatur. The 103 eV et 532.5 eV significationibus in spectris Si 2p et O 1 s (Fig. 4e, f) attribuuntur subjecto SiO2 56, respective. XPS ars superficiei-sensitiva est, itaque signa NI et SiO2 respondentia ante et post translationem NGF deteguntur, respective e regione FLG originem ducere ponuntur. Similia eventus observata sunt ad exempla BS-NGF translata (non ostensa).
NiAG XPS consequitur: (ac) Circumspectis spectris diversarum compositionum atomicarum elementorum adultarum FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni et translatorum FS-NGF/SiO2/Si, respective. (d-f) S, O 1s et Si 2p FS-NGF/SiO2/Si sp.
Suprema qualitas crystallorum NGF translati per diffractionem X-radii (XRD) aestimata est. Exempla typica XRD (Fig. SI8) translationum FS- et BS-NGF/SiO2/Si ostendunt praesentiam diffractionis cacumina (0 0 0 2) et (0 0 0 4) ad 26.6° et 54.7°, graphite similes. . Hoc confirmat altam crystallinam qualitatem NGF et respondet spatio interposito d = 0,335 um, quae post translationem gradum conservatur. Intensio diffractionis cacuminis (0 0 0 2 ) est circiter XXX temporibus quae diffractionis cacuminis (0 0 0 0), significans NGF plani crystalli bene cum superficie sample aligned.
Secundum eventus SEM, Raman spectroscopii, XPS et XRD, qualis BS-NGF/Ni inventa est eadem ac FS-NGF/Ni, quamvis ruditas rms eius paullo altior (Figura SI2, SI5). and SI7).
SLGs cum polymerum fulcimentum stratis usque ad 200 nm crassis super aquam fluitare possunt. Hoc paroecium vulgo adhibetur in processibus chemicis translationis infectum polymer-asistentium 22,38. Graphene et graphite hydrophobici sunt (angulus humidus 80-90°) 57 . Superficies potentiae energiae utriusque graphenae et FLG nuntiatae sunt satis planae, cum energia potentiale humilis (~1 kJ/mol) ad motum lateralem aquae in superficie58. Attamen calculi commercium energiae aquae cum graphene et tribus grapheneis stratae sunt circiter − 13 et − 15 kJ/mol,58 respective, significantes commercium aquae cum NGF (circiter 300 laminis) inferiorem graphenae comparatum esse. Hoc unum esse potest e causis quare liberatio NGF in superficie aquae plana manet, dum graphene liberans (quae in aqua natat) cincinnis sursum frangitur. Cum NGF in aqua penitus immergitur (proventus idem sunt pro aspero et plano NGF), ejus orae flectuntur (Figura SI4). In casu plenae immersionis, expectatur industria commercii NGF-aquarum paene duplicatum (natantem NGF) et margines ovilis NGF ad angulum contactum altum (hydrophobicity conservandum). Insidijs explicari posse credimus ad vitandum torques oras infixarum NGFs. Una accessio adhibeatur ad solventes mixtos ad modulandum udus motus graphitici film59.
Translatio SLG ad varias subiectas per humidum processuum chemicorum translatio praevia relata est. Communiter accipitur vires infirmas van der Waals inter membranas graphene/graphites et subiectas existere (siO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si columnae 22 et lacy carbonii membranae 30, 34 vel substratae flexibiles ut polyimide 37). Hic supponitur quod interationes eiusdem generis praedominantur. Damnum vel decorticationem NGF pro quibusvis subiectis hic exhibitis in tractatione mechanica (per characterizationem sub vacuo et/vel conditiones atmosphaericas vel in repositione servavimus) (exempli gratia Figura 2, SI7 et SI9). Insuper apicem SiC in XPS C 1 spectrum nuclei NGF/SiO2/Si specimen (Fig. 4) notavimus (Fig. 4). Hi eventus indicant nullum chemicum vinculum inter NGF et scopo subiectum esse.
In sectione praecedente, "Polymer-liberum translationis FS- et BS-NGF" demonstravimus NGF crescere et transferre in utramque partem foil nickel. Hae FS-NGFs et BS-NGFs non sunt identicae secundum asperitatem superficiei, quae nos ad explorandum aptissima cuiusque generis applicationes excitavit.
Cum perspicuitatem et superficies FS-NGF leniorem consideremus, eius loci structuram, opticas et electricas proprietates planius indagavimus. Structura et structura FS-NGF sine translatione polymerorum propria microscopio electronico transmissionis (TEM) imaginationis et regionis electronicae diffractionis (SAED) exemplaris analysi selectae. Proventus respondentes in Figura monstrantur 5. Pinguis magnificatio planaria TEM imaginatio praesentiam NGF et FLG regionum cum notis diversorum electronicorum oppositorum, id est locis obscurioribus et clarioribus, ostendit (Fig. 5a). Suprema cinematographica ostendit integritatem mechanicam bonam et stabilitatem inter varias regiones NGF et FLG, cum bono concomitantiam et nullum damnum vel discerpens, quod etiam confirmatum est per SEM (Figura 3) et magnificationem TEM studiorum (Figura 5c-e). Praesertim in Fig. Figura 5d ostendit structuram pontis in ejus maxima parte (situ notatum a sagitta nigra punctatum in Figura 5d), quae figura triangularis notatur et grapheneo strato in latitudine circiter 51 constat. Compositio cum spatio interplanari 0,33 ± 0.01 nm amplius ad plures stratas graphenae in regione angustissima redacta est (finis folidi sagittae nigrae in Figura 5 d).
Planar TEM imago polymer-liberi NiAG specimen in egeti aenei lacy carbonii: (a, b) Maximum magnificationis TEM imagines inter regiones NGF et FLG, (ce) magnificationes magnificae imagines variarum regionum in tabula-a et panel-b sunt sagittae ejusdem coloris insignis. Sagittae virides in tabulis a et c indicant areas circulares damni in noctis trabis. (f-i) In tabulis a ad c, SAED exemplaria diversarum regionum indicantur circuli caerulei, cyani, aurei et rubri.
Vitta structura in Figura 5c (sagitta rubra notata) directio verticalis graphite cancellorum planorum, quae fieri potest ex formatione nanofoldorum per cinematographica (inset in Figura 5c) propter excessum incompensatum tondendas accentus30,61,62. . Sub alta resolutione TEM, hae nanofoldae 30 aliam orientationem crystallographicam exhibent quam reliquae regionis NGF; Plana basalia graphite cancelli fere perpendiculariter ordinantur, magis quam horizontaliter ut reliqua cinematographici (inset in Figure 5c). Similiter regio FLG interdum lineares et strictas plicas (sagittis caeruleis notatas) exhibet, quae in figuris 5b, 5e, humilibus et mediae magnificationis apparent. Insecta in Figura 5e praesentiam duorum grapheneorum et trium stratorum in FLG sectoris (interplana distantia 0,33 ± 0.01 um) confirmat, quae in bono cum eventibus nostris praecedentibus consentiunt. Accedit imagines SEM descriptae polymer-liberi NGF in craticula aenea translata cum pelliculis carbo carbonis (post mensuras top-view TEM faciendo) in Figura SI9. Regio puteus suspensus FLG (sagitte caeruleo notatus) et regionis fractae in Figura SI9f. Sagitta caerulea (in margine translati NGF) consulto praesentatur ad demonstrandum regionem FLG sine polymerum processu translationi resistere posse. In summa, hae imagines confirmant partem suspensam NGF (inclusa regione FLG) integritatem mechanicam conservare etiam post strictam pertractationem et expositionem summi vacuum per mensuras TEM et SEM (Figura SI9).
Ob egregiam NGF planiciem (cf. figuram 5a), non difficile est floccis per [0001] axi aream orientare ad structuram SAED resolvendam. Secundum loci crassitudinem cinematographici et eius loci, multae regiones interest (12 puncta) pro diffractione studiorum electronicorum notatae sunt. In figuris 5a-c, quattuor harum regionum typica monstrantur et notantur circulis coloratis (hyacintho, cyano, aurantiaco, et rubro coded). Figurae 2 et 3 pro SAED modo. Figurae 5f, g habentur ex regione FLG ostensae in figuris 5 et 5. Ut in figuris 5b, c, respective. Habent structuram sexangulam graphene63 contortam similem. Praesertim figura 5f ostendit tria exemplaria superimposita cum eadem orientatione [0001] zonae axis, per 10° et 20° rotata, ut patet ex mispar angulari trium imaginum (X-X) similitudinum. Similiter figura 5g duo exemplaria superimposita hexagonalia per 20° rotata ostendit. Duo vel tres circulorum exemplarium hexagonalium in regione FLG oriri possunt ex tribus in planis vel extra graphenis planis 33 inter se relatis rotatis. E contra, electronico diffractionis exemplaria in Figura 5h,i (respondens regioni NGF in Figura 5a demonstrato) unum [0001] exemplum ostendunt cum diffractione superiori altiore intensio, majori materiae crassitudini respondenti. Exempla haec SAED respondent crassiori structurae graphiticae et intermediae orientationis quam FLG, ut ex indice colligitur 64. Characterisatio proprietatum cristallinarum NGF coexistentiam duorum vel trium graphitarum crystallitarum superimpositorum patefecit. Illud notabilius in regione FLG est quod crystallites aliquem gradum in plano vel ex plano misorientatione habent. Graphitae particulae/stratae cum angulis rotationis in- planis 17°, 22° et 25° antea relatae sunt pro NGF in Ni 64 membranae crevisse. Rectus gyrationis valores in hoc studio servatos consentiunt cum angulis gyrationis antea observatis (±1°) pro graphene contorto BLG63.
Proprietates electricae NGF/SiO2/Si mensuratae sunt 300 K supra spatium 10×3 mm2. Valores electronici cursoris concentrationis, mobilitatis et conductivitatis sunt 1.6 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 et 2000 S-cm-1, respective. Mobilitas et conductiva valorum nostrorum NGF sunt similes graphite2 naturali et altiores quam commercium graphite pyrolytici valde ordinati (producti ad 3000 °C)29. Observata electronica ferebat valores concentrationes: duo ordines magnitudinis altiores sunt quam recenter retulerunt (7.25 × 10 cm-3) pro membrana graphitica micron-crassa parata utens summus temperatus (3200 °C) schedae polyimidae XX.
Praebuimus etiam transmissionem UV-visibilis mensurarum in FS-NGF ad vicus subiectas translatas (Figura 6). Imaginis inde spectrum prope constantem transmissionem 62% in iugi 350-800 um ostendit, significans NGF translucere ad lucem visibilem. Re vera, nomen "KAUST" videri potest in photographica exemplaris digitalis in Figura 6b. Etsi structura NGF nanocrystallina differt ab illa SLG, numerus laminis dure aestimari potest utendo regulae 2.3% iacturae transmissionis per stratum adiectis 65 . Secundum hanc relationem, numerus grapheneorum stratorum cum 38% transmissionis iactura est 21. Crevit NGF maxime consistit in stratis 300 grapheneis, id est circa 100 um crassis (Fig. 1, SI5 et SI7). Ponamus igitur diaphaneitatem opticam observatam regionibus FLG et MLG respondere, quippe quae per cinematographica distribuuntur (Fig. 1, 3, 5 et 6c). Praeter notas fabricales supra, conductivity et diaphanum, etiam altam qualitatem cristallinae translati NGF confirmant.
(a) UV mensurae transmissionis visibilis, (b) NGF typica translatio in vicus utens specimen repraesentativum. (c) Schematica NGF (arca obscura) aequaliter distributa FLG et MLG regiones passim griseas notata figuras per specimen (vide Figure 1) (approx. 0,1-3% per 100 μm2). Fortuitae formae et earum magnitudinum in schemate solum ad usus illustrandos tantum et locis actualibus non respondent.
Translucens NGF crevit a CVD antea translatum est ad nudas superficies Pii et usus in cellulis solaris 15.16. Potentia inde conversio efficientiae (PCE) 1.5% est. Hae NGFs functiones multiplices exercent ut laminis compositi activae, meatus onerarii, et electrodes 15, 16. perlucentes. Sed lacinia purus non est varius vulputate. Praeterea optimatio necessaria est diligenter moderandis schedae resistentia et transmissione graphite electrode optica, quandoquidem hae duae possessiones magni ponderis partes agunt in determinando valorem cellae solaris 15,16. Typice membranae graphenae 97.7% perspicuae ad lucem visibilem sunt, sed schedam resistentiam habent 200-3000 ohms/sq.16. Superficies cinematographicae graphenae resistentia minui potest augendo numerum laminis (multa translatio grapheneorum stratorum) et doping cum HNO3 (~30 Ohm/sq.)66. Attamen hoc processum longum tempus accipit et variae translationis ordines non semper bonum contactum conservant. Anterius noster NGF proprietates habet ut conductivity 2000 S/cm, linteum movendi resistentia 50 ohm/sq. et 62% diaphaneitatis, faciens eam joco viable pro canalibus conductivis vel electrodes contra electrodes in cellulis solaris 15,16.
Quamvis structura et superficies chymiae BS-NGF similes sint FS-NGF, asperitas eius differt ("Incrementum FS- et BS-NGF"). Antea cinematographicum graphite22 ut gas sensorem ultra-tenuem usi sumus. Probavimus ergo facultatem utendi BS-NGF ad operas gasi sentiendas (Figura SI10). Primum, mm2 mediocrium partium BS-NGF translatae sunt in electrode sensorem chip interdigitante (Figura SI10a-c). Singula vestibulum spumae ante relata sunt; regio sensitiva activa eius 9 mm267. In imaginibus SEM (Figura SI10b et c), substrata electrode aurea per NGF clare conspicitur. Item videri potest quod uniformis chips coverage pro omnibus exemplis consecutus est. Gas sensorem mensurae variorum gasorum scriptae sunt (Fig. SI10d) (Fig. SI11) et responsum inde resultans in Figuris monstrantur. SI10g. Verisimile cum aliis vaporibus intercedentibus SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) et NH3 (200 ppm). Una causa possibilis est NO2. electrophilica natura gas22,68. Cum in superficie graphene adsortum est, hodiernam effusio electronicorum per systema reducit. Comparatio responsionis temporis notitiae sensoris BS-NGF cum sensoriis antea editis in Tabula SI2. Mechanismus reactivandi NGF sensoriis utens UV plasma, O3 plasma vel thermarum (50-150°C) tractatio exemplorum expositorum continuatur, specimen sequitur exsecutionem systematis immersati.
In processu CVD, incrementum graphene in utraque parte catalystidis occurrit. Attamen BS-graphene in processu translationis ejici solet. In hoc studio demonstramus qualitatem NGF incrementum et polymer-liberum NGF translationem utrinque catalyst auxilio praestari posse. BS-NGF tenuior est (~ 80 um), quam FS-NGF (~100 um), et haec differentia explicatur per BS-Ni non directe exposita praecursori gasi fluere. Invenimus etiam asperitatem NiAR subiectae asperitatem NGF. Hi eventus indicant adultam planarem FS-NGF adhiberi posse ut praecursoris materiae graphenae (per methodum exfoliationis 70) vel ut canalem conductivum in cellulis solaris 15.16. E contra, BS-NGF ad detectionem gasorum adhibebitur (Fig. SI9) et fortasse pro industria systemata 71,72 ubi asperitas superficies eius utilis erit.
Considerans supra, utile est currenti operi miscere cum membranis graphitis antea editis a CVD crevit et nickel foil utens. Ut videri potest in Tabula 2, pressuris superioribus usi sumus ut tempus reactionem (scaeni incrementi) minuatur etiam ad temperaturas relative humilis (in latitudine 850-1300 °C). Nos quoque maiorem solito incrementum consecuti sumus, potentiam ad dilatationem indicandam. Alia alia sunt, quorum nonnulla in schemate comprehendimus.
Duplex summus qualitas NGF in nickel ffoyle crevit in catalytico CVD. Substratos polymerorum traditionalium resectis (qualia sunt in CVD graphene adhibita), mundam et liberam umidam translationem NGF (in dorso et anterioribus lateribus ffoyle nickel creverunt) variis processu-criticis subiectae consequimur. Egregie, NGF regiones FLG et MLG comprehendit (typice 0,1% ad 3% per 100 µm2) structuram bene in crassiorem cinematographicam integram. Planar TEM ostendit regiones istas esse compositas ex duabus particulis graphite/grapheneis (crystal vel stratis respective), quarum nonnullae mis gyrativum 10-20° habent. Regiones FLG et MLG perspicuitatem FS-NGF ad lucem visibilem praebent. Quod ad posteriores schedae, parallelae schedae anteriori ferri possunt et, ut ostensum est, propositum utilitatis habere possunt (exempli gratia, ad deprehensionem gas). Haec studia valde utiles sunt ad vastitatem reducendam et impensas in processibus industrialibus CVD processibus.
In genere, mediocris crassitudo CVD NGF inter graphen (micrometer) schedae graphitae et industriae (micrometri) intercedit. Circumspectio earum interesting proprietatum, cum simplici methodo coniunctae, quas elaboravimus ad earum productionem et onerariam, eas pelliculas aptissimas facit ad applicationes quaerunt responsionem graphi muneris functionis, sine sumptu processuum productionis industriae-intensivae nunc adhibitae.
25-μm-crassus nickel foil (99.5% puritas, Goodfellow) inauguratus est in reactorem commercialem CVD (Aixtron 4-inch BMPro). Systema argonis purgatum est et ad turpem pressionem 10—3 mbarum evacuatur. Tunc nickel foil impositum est. in Ar/H2 (Post prae-anationem Ni foil pro 5 min, claua pressioni 500 mbar in 900 °C exposita est. NGF in fluxu CH4/H2 (100 cm3 cuiusque) repositum est pro 5 min. Sample tunc refrigeratum est ad temperaturam infra DCC °C utens fluxus Ar (400 cm3) ad 40 °C/min.
Morphologia superficies exempli subjicitur a SEM utens microscopio Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA). Samples superficies asperitatis et crassitudinis NGF utentes AFM mensuratae sunt (Dimensio Icon SPM, Bruker). Mensurae TEM et SAED factae sunt utens FEI Titan 80-300 Microscopium Cubed magno splendore instructum campi emissionis sclopetis (300 kV), typus monochromatis FEI Wien et CEOS lens sphaericae aberrationis corrector ad finales eventus obtinendos. resolutio localis 0.09 um. Exempla NGF ad lacy carbonii translata craticula aenea obductis pro planis TEM imaginationis et structurae analysi SAED. Sic plerique specimen flocci in poris membranae sustentandae suspenduntur. Translata NGF exempla ab XRD enucleata sunt. X-radii diffractionis exemplaria usus pulveris diffractometri consecuti sunt (Brucker, D2 periodus shifter cum fonte Cu Kα, 1.5418 Å et LYNXEYE detector) utens fonte radiorum Cu trabi macula diametri 3 mm.
Plures mensurae Raman scripti sunt utens microscopio confocal integrando (Alpha 300 RA, WITeC). A 532 um laser cum potestate humilis excitationis (25%) adhibita est ad effectus scelerisque inductus vitandos. X-radius photoelectron spectroscopii (XPS) fiebat in Kratos Axis Ultra spectrometri super specimen areae 300 × 700 μm2 utens radiorum monochromaticum Al Kα (hν = 1486.6 eV) ad potestatem 150 W. spectris Resolutione impetrata tradendae vires sunt 160 eV et 20 eV, resp. Exempla NGF in SiO2 translata sunt in frusta incisa (3 10 mm2) utens PLS6MW (1.06 µm) ytterbium fibra laser ad 30 W. contactus filum Cuprum (50 µm crassum) fabricatum est crustulum argenteum sub microscopio optico utens. Electrical oneraria et Aula experimenta effecta sunt in his exemplis in 300 K et campi magnetici variationis Teslae ± 9 in systematis mensurae physicae (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA). spectra UV-vis transmissa conscripta sunt utens Labda 950 UV-vis spectrophotometris in 350-800 um NGF distributa ad vicus subiecta et vicus exempla referentia.
Sensor resistentiae chemica (chip electrode interdigitato) ad morem circuii tabulae 73 typis impressae applicatum erat et resistentia obiter extracta est. Tabulae circuitus impressae in qua machinam in contactu terminalium collocatur et intra cubiculi sentientis gasi locatur 74. Mensurae resistentiae in intentione 1 V sublatae sunt cum continuum scan ab purgatione ad gas detectionem et iterum purgationem. Thalamum initio purgationis cum nitrogenio ad 200 cm3 per 1 horae purgandum fuit, ut remotionem omnium aliorum analytorum in cubiculo, incluso umore, adesset, curaret. Singulae analytae sensim tunc dimissi sunt in conclave ad eandem ratem 200 cm3 claudendo cylindrum CC cm3.
Recognita versio huius articuli divulgata est et per nexum in capite articuli accessi potest.
Inagaki, M. et Kang, F. Carbon Materials Science and Engineering: Fundamentalia. Editio secunda edidit. 2014. DXLII.
Pearson, HO Adnotationes Carbonis, Graphitae, Diamondiae et Fullerenes: Proprietates, Processus et Applications. The first edition has been edited. 1994, New Jersey.
Tsai, W. et al. Amplus multilayer graphene/graphites membranas sicut electrodes tenues prolixas pellucet. adhibitis. physicam. Wright. 95 (12), 123115(2009).
Balandin AA, Proprietates thermales graphenae et materiae carbonis nanostructae. Nat. Matt. 10 (8), 569-581 (2011).
Cheng KY, Brown PW et Cahill DG conductivity Thermal graphitae membranae in Ni (111) per humilem depositionem vaporum chemicorum. adverbium. Matt. Interface 3, 16 (2016).
Hesjedal, T. Continua incrementa graphenae membranae per depositionem vaporum chemicorum. adhibitis. physicam. Wright. 98 (13), 133106(2011).
Post tempus: Aug-23-2024