សូមអរគុណសម្រាប់ការទស្សនា Nature.com ។ កំណែរបស់កម្មវិធីរុករកតាមអ៊ីនធឺណិតដែលអ្នកកំពុងប្រើមានកម្រិតគាំទ្រ CSS ។ ដើម្បីទទួលបានលទ្ធផលល្អបំផុត យើងសូមណែនាំឱ្យអ្នកប្រើកំណែថ្មីនៃកម្មវិធីរុករកតាមអ៊ីនធឺណិតរបស់អ្នក (ឬបិទមុខងារភាពឆបគ្នានៅក្នុង Internet Explorer)។ ក្នុងពេលនេះ ដើម្បីធានាបាននូវការគាំទ្រជាបន្ត យើងកំពុងបង្ហាញគេហទំព័រដោយមិនប្រើរចនាប័ទ្ម ឬ JavaScript។
Nanoscale graphite films (NGFs) គឺជា nanomaterials ដ៏រឹងមាំដែលអាចត្រូវបានផលិតដោយការបំភាយចំហាយគីមីកាតាលីករ ប៉ុន្តែសំណួរនៅតែមានអំពីភាពងាយស្រួលនៃការផ្ទេររបស់ពួកគេ និងរបៀបដែល morphology លើផ្ទៃប៉ះពាល់ដល់ការប្រើប្រាស់របស់ពួកគេនៅក្នុងឧបករណ៍ជំនាន់ក្រោយ។ នៅទីនេះយើងរាយការណ៍ពីការរីកលូតលាស់នៃ NGF នៅលើភាគីទាំងសងខាងនៃបន្ទះនីកែល polycrystalline (ផ្ទៃ 55 cm2, កម្រាស់ប្រហែល 100 nm) និងការផ្ទេរដោយគ្មានវត្ថុធាតុ polymer របស់វា (ផ្នែកខាងមុខ និងខាងក្រោយ ផ្ទៃរហូតដល់ 6 cm2)។ ដោយសារតែរូបវិទ្យានៃ foil កាតាលីករ ខ្សែភាពយន្តកាបូនទាំងពីរមានភាពខុសប្លែកគ្នានៅក្នុងលក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្ត និងលក្ខណៈផ្សេងទៀត (ដូចជាភាពរដុបលើផ្ទៃ)។ យើងបង្ហាញថា NGFs ដែលមានផ្នែកខាងក្រោយរដុបគឺស័ក្តិសមសម្រាប់ការរកឃើញ NO2 ខណៈពេលដែល NGFs រលោង និងដំណើរការកាន់តែច្រើននៅផ្នែកខាងមុខ (2000 S/cm, ធន់នឹងសន្លឹក - 50 ohms/m2) អាចជាចំហាយដែលអាចដំណើរការបាន។ ឆានែលឬអេឡិចត្រូតនៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ (ចាប់តាំងពីវាបញ្ជូន 62% នៃពន្លឺដែលមើលឃើញ) ។ សរុបមក ដំណើរការដឹកជញ្ជូន និងការលូតលាស់ដែលបានពិពណ៌នាអាចជួយឱ្យដឹងថា NGF ជាសម្ភារៈកាបូនជំនួសសម្រាប់កម្មវិធីបច្ចេកវិទ្យា ដែលខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងក្រាហ្វិចក្រាស់មិនសមរម្យ។
ក្រាហ្វិចគឺជាសម្ភារៈឧស្សាហកម្មដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយ។ គួរកត់សម្គាល់ថាក្រាហ្វិចមានលក្ខណៈសម្បត្តិនៃដង់ស៊ីតេម៉ាសទាបនិងចរន្តកំដៅនិងចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ក្នុងយន្តហោះហើយមានស្ថេរភាពខ្លាំងនៅក្នុងបរិយាកាសកម្ដៅនិងគីមីដ៏អាក្រក់1,2។ Flake graphite គឺជាសម្ភារៈចាប់ផ្តើមដ៏ល្បីល្បាញសម្រាប់ការស្រាវជ្រាវ graphene3. នៅពេលកែច្នៃទៅជាខ្សែភាពយន្តស្តើង វាអាចប្រើប្រាស់បានក្នុងកម្មវិធីជាច្រើន រួមទាំងឧបករណ៍កម្តៅសម្រាប់ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកដូចជាស្មាតហ្វូន 4,5,6,7 ជាសម្ភារៈសកម្មនៅក្នុងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា 8,9,10 និងសម្រាប់ការការពារការជ្រៀតជ្រែកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច 11។ 12 និងខ្សែភាពយន្តសម្រាប់ lithography នៅក្នុង ultraviolet ខ្លាំង 13,14 ដែលដឹកនាំបណ្តាញនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ 15,16 ។ សម្រាប់កម្មវិធីទាំងអស់នេះ វានឹងក្លាយជាអត្ថប្រយោជន៍ដ៏សំខាន់ ប្រសិនបើផ្ទៃធំនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វិច (NGFs) ដែលមានកម្រាស់គ្រប់គ្រងក្នុងកម្រិតណាណូ <100 nm អាចផលិត និងដឹកជញ្ជូនបានយ៉ាងងាយស្រួល។
ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វិចត្រូវបានផលិតដោយវិធីសាស្រ្តផ្សេងៗ។ ក្នុងករណីមួយ ការបង្កប់និងការពង្រីកតាមពីក្រោយដោយការលុបចេញត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតជាបន្ទះក្រាហ្វិន 10,11,17។ flakes ត្រូវតែត្រូវបានដំណើរការបន្ថែមទៀតចូលទៅក្នុងខ្សែភាពយន្តនៃកម្រាស់ដែលត្រូវការ ហើយវាច្រើនតែចំណាយពេលច្រើនថ្ងៃដើម្បីបង្កើតបន្ទះក្រាហ្វិចក្រាស់។ វិធីសាស្រ្តមួយទៀតគឺត្រូវចាប់ផ្តើមជាមួយ graphitable solid precursors ។ នៅក្នុងឧស្សាហកម្ម សន្លឹកប៉ូលីម៊ែរត្រូវបានកាបូនឌីអុកស៊ីត (នៅសីតុណ្ហភាព 1000-1500 អង្សាសេ) ហើយបន្ទាប់មកធ្វើក្រាហ្វិច (នៅសីតុណ្ហភាព 2800-3200 អង្សាសេ) ដើម្បីបង្កើតជាសម្ភារៈស្រទាប់ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធល្អ។ ទោះបីជាគុណភាពនៃខ្សែភាពយន្តទាំងនេះខ្ពស់ក៏ដោយ ការប្រើប្រាស់ថាមពលគឺសំខាន់ 1,18,19 ហើយកម្រាស់អប្បបរមាត្រូវបានកំណត់ត្រឹម 1,18,19,20 ប៉ុណ្ណោះ។
ការបំភាយចំហាយគីមីកាតាលីករ (CVD) គឺជាវិធីសាស្រ្តដ៏ល្បីមួយសម្រាប់ផលិតខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីន និងអ៊ុលត្រាធីនក្រាហ្វីត (<10 nm) ជាមួយនឹងគុណភាពរចនាសម្ព័ន្ធខ្ពស់ និងតម្លៃសមរម្យ 21,22,23,24,25,26,27។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បើប្រៀបធៀបជាមួយនឹងការលូតលាស់នៃ graphene និង ultrathin graphite films28 ការលូតលាស់នៃផ្ទៃធំ និង/ឬការអនុវត្ត NGF ដោយប្រើ CVD គឺកាន់តែមានតិចជាង 11,13,29,30,31,32,33។
ខ្សែភាពយន្ត graphene និង graphite ដែលដាំដុះ CVD ជារឿយៗត្រូវផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានមុខងារ 34. ការផ្ទេរខ្សែភាពយន្តស្តើងទាំងនេះពាក់ព័ន្ធនឹងវិធីសាស្រ្តសំខាន់ចំនួន 35: (1) ការផ្ទេរមិនច្រេះ 36,37 និង (2) ការផ្ទេរសារធាតុគីមីសើមដែលមានមូលដ្ឋានលើ etch (ស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានគាំទ្រ) 14,34,38 ។ វិធីសាស្រ្តនីមួយៗមានគុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិមួយចំនួន ហើយត្រូវតែជ្រើសរើសអាស្រ័យលើកម្មវិធីដែលបានគ្រោងទុក ដូចដែលបានពិពណ៌នានៅកន្លែងផ្សេងទៀត35,39។ សម្រាប់ខ្សែភាពយន្ត graphene/graphite ដែលដាំដុះនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមកាតាលីករ ការផ្ទេរតាមរយៈដំណើរការគីមីសើម (ដែល polymethyl methacrylate (PMMA) គឺជាស្រទាប់គាំទ្រដែលប្រើជាទូទៅបំផុត) នៅតែជាជម្រើសដំបូង 13,30,34,38,40,41,42។ អ្នក et al ។ វាត្រូវបានលើកឡើងថាគ្មានវត្ថុធាតុ polymer ត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការផ្ទេរ NGF (ទំហំគំរូប្រហែល 4 cm2) 25,43 ប៉ុន្តែមិនមានព័ត៌មានលម្អិតណាមួយត្រូវបានផ្តល់ជូនទាក់ទងនឹងស្ថេរភាពគំរូ និង/ឬការគ្រប់គ្រងកំឡុងពេលផ្ទេរ។ ដំណើរការគីមីសើមដោយប្រើប៉ូលីមែរមានជំហានជាច្រើន រួមទាំងការអនុវត្តន៍ និងការដកយកចេញជាបន្តបន្ទាប់នៃស្រទាប់វត្ថុធាតុ polymer យញ្ញបូជា30,38,40,41,42។ ដំណើរការនេះមានគុណវិបត្តិ៖ ឧទាហរណ៍ សំណល់វត្ថុធាតុ polymer អាចផ្លាស់ប្តូរលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ film38 ដែលកំពុងលូតលាស់។ ដំណើរការបន្ថែមអាចយកវត្ថុធាតុ polymer ដែលនៅសេសសល់ ប៉ុន្តែជំហានបន្ថែមទាំងនេះបង្កើនការចំណាយ និងពេលវេលានៃការផលិតខ្សែភាពយន្ត38,40។ កំឡុងពេលលូតលាស់ CVD ស្រទាប់ graphene ត្រូវបានដាក់មិនត្រឹមតែនៅផ្នែកខាងមុខនៃ foil កាតាលីករ (ផ្នែកដែលប្រឈមមុខនឹងលំហូរចំហាយទឹក) ប៉ុន្តែក៏នៅផ្នែកខាងក្រោយរបស់វាផងដែរ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយក្រោយមកទៀតត្រូវបានគេចាត់ទុកថាជាផលិតផលកាកសំណល់ហើយអាចត្រូវបានយកចេញយ៉ាងឆាប់រហ័សដោយប្លាស្មាទន់ 38,41 ។ ការកែច្នៃខ្សែភាពយន្តនេះអាចជួយបង្កើនទិន្នផល ទោះបីជាវាមានគុណភាពទាបជាងខ្សែភាពយន្តកាបូនក៏ដោយ។
នៅទីនេះ យើងរាយការណ៍អំពីការរៀបចំនៃការលូតលាស់ bifacial នៃ NGF ជាមួយនឹងគុណភាពរចនាសម្ព័ន្ធខ្ពស់នៅលើ polycrystalline nickel foil ដោយ CVD ។ វាត្រូវបានគេវាយតម្លៃថាតើភាពរដុបនៃផ្ទៃខាងមុខ និងខាងក្រោយនៃ foil ប៉ះពាល់ដល់រូបរាង និងរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ NGF យ៉ាងដូចម្តេច។ យើងក៏បង្ហាញផងដែរនូវការផ្ទេរវត្ថុធាតុ polymer ដោយមិនគិតថ្លៃ និងមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាននៃ NGF ពីផ្នែកទាំងពីរនៃក្រដាសនីកែលទៅស្រទាប់ខាងក្រោមពហុមុខងារ និងបង្ហាញពីរបៀបដែលខ្សែភាពយន្តខាងមុខ និងខាងក្រោយគឺសមរម្យសម្រាប់កម្មវិធីផ្សេងៗ។
ផ្នែកខាងក្រោមពិភាក្សាអំពីកម្រាស់ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតផ្សេងៗគ្នា អាស្រ័យលើចំនួនស្រទាប់ក្រាហ្វិនដែលជង់គ្នា៖ (i) ក្រាហ្វែនស្រទាប់តែមួយ (SLG, 1 ស្រទាប់), (ii) ក្រាហ្វិនស្រទាប់ពីរបី (FLG, < 10 ស្រទាប់), (iii) ក្រាហ្វីនច្រើនស្រទាប់ ( MLG, 10-30 ស្រទាប់) និង (iv) NGF (~300 ស្រទាប់)។ ក្រោយមកទៀតគឺជាកម្រាស់ទូទៅបំផុតដែលបង្ហាញជាភាគរយនៃផ្ទៃដី (ប្រហែល 97% ផ្ទៃដីក្នុង 100 µm2)30 ។ នោះហើយជាមូលហេតុដែលខ្សែភាពយន្តទាំងមូលត្រូវបានគេហៅថា NGF ។
បន្ទះនីកែល Polycrystalline ដែលប្រើសម្រាប់ការសំយោគនៃខ្សែភាពយន្ត graphene និង graphite មានវាយនភាពខុសៗគ្នា ដែលជាលទ្ធផលនៃការផលិត និងដំណើរការជាបន្តបន្ទាប់។ ថ្មីៗនេះយើងបានរាយការណ៍ពីការសិក្សាដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពដំណើរការលូតលាស់នៃ NGF30 ។ យើងបង្ហាញថាប៉ារ៉ាម៉ែត្រដំណើរការដូចជាពេលវេលា annealing និងសម្ពាធអង្គជំនុំជម្រះក្នុងដំណាក់កាលលូតលាស់ដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការទទួលបាន NGFs នៃកម្រាស់ឯកសណ្ឋាន។ នៅទីនេះ យើងបានស៊ើបអង្កេតបន្ថែមលើការរីកលូតលាស់នៃ NGF នៅលើផ្នែកខាងមុខប៉ូលា (FS) និងផ្ទៃខាងក្រោយដែលមិនមានលាបពណ៌ (BS) នៃក្រដាសនីកែល (រូបភាព 1a)។ សំណាក FS និង BS បីប្រភេទត្រូវបានពិនិត្យ ដែលរាយក្នុងតារាងទី 1។ នៅពេលត្រួតពិនិត្យដោយមើលឃើញ ការលូតលាស់ឯកសណ្ឋាននៃ NGF នៅលើផ្នែកទាំងសងខាងនៃក្រដាសនីកែល (NiAG) អាចត្រូវបានគេមើលឃើញដោយការផ្លាស់ប្តូរពណ៌នៃស្រទាប់ខាងក្រោម Ni ពីលោហៈធាតុប្រាក់។ ពណ៌ប្រផេះទៅជាពណ៌ប្រផេះ (រូបភាព 1a); ការវាស់វែងមីក្រូទស្សន៍ត្រូវបានបញ្ជាក់ (រូបភាព 1b, គ) ។ វិសាលគមរ៉ាម៉ានធម្មតានៃ FS-NGF សង្កេតនៅក្នុងតំបន់ភ្លឺ និងចង្អុលបង្ហាញដោយព្រួញក្រហម ខៀវ និងទឹកក្រូចនៅក្នុងរូបភាពទី 1b ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1c ។ លក្ខណៈនៃកំពូលភ្នំរ៉ាម៉ាននៃក្រាហ្វីត G (1683 សង់ទីម៉ែត្រ−1) និង 2D (2696 សង់ទីម៉ែត្រ−1) បញ្ជាក់ពីការលូតលាស់នៃគ្រីស្តាល់ NGF ខ្ពស់ (រូបភាព 1c តារាង SI1)។ ពេញមួយខ្សែភាពយន្តនេះ ភាពលេចធ្លោនៃវិសាលគមរ៉ាម៉ានដែលមានសមាមាត្រអាំងតង់ស៊ីតេ (I2D/IG) ~ 0.3 ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញ ខណៈដែលវិសាលគមរ៉ាម៉ានដែលមាន I2D/IG = 0.8 ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញកម្រណាស់។ អវត្ដមាននៃចំណុចកំពូលដែលខូច (D = 1350 សង់ទីម៉ែត្រ-1) នៅក្នុងខ្សែភាពយន្តទាំងមូលបង្ហាញពីគុណភាពខ្ពស់នៃកំណើន NGF ។ លទ្ធផល Raman ស្រដៀងគ្នាត្រូវបានទទួលនៅលើគំរូ BS-NGF (រូបភាព SI1 a និង b តារាង SI1)។
ការប្រៀបធៀប NiAG FS- និង BS-NGF៖ (ក) រូបថតនៃគំរូ NGF ធម្មតា (NiAG) ដែលបង្ហាញពីការលូតលាស់ NGF នៅមាត្រដ្ឋាន wafer (55 cm2) និងលទ្ធផលគំរូ foil BS- និង FS-Ni, (b) FS-NGF រូបភាព/ Ni ទទួលបានដោយមីក្រូទស្សន៍អុបទិក (គ) វិសាលគមរ៉ាម៉ានធម្មតាដែលត្រូវបានកត់ត្រានៅទីតាំងផ្សេងៗគ្នានៅក្នុងបន្ទះ b, (d, f) រូបភាព SEM នៅកម្រិតពង្រីកផ្សេងគ្នានៅលើ FS-NGF/Ni, (e, g) រូបភាព SEM នៅកម្រិតពង្រីកផ្សេងគ្នា កំណត់ BS -NGF/Ni ។ ព្រួញពណ៌ខៀវបង្ហាញពីតំបន់ FLG ព្រួញពណ៌ទឹកក្រូចបង្ហាញពីតំបន់ MLG (នៅជិតតំបន់ FLG) ព្រួញក្រហមបង្ហាញពីតំបន់ NGF ហើយព្រួញពណ៌ស្វាយបង្ហាញពីផ្នត់។
ដោយសារការលូតលាស់អាស្រ័យទៅលើកម្រាស់នៃស្រទាប់ខាងក្រោមដំបូង ទំហំគ្រីស្តាល់ ការតំរង់ទិស និងព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ ការសម្រេចបាននូវការគ្រប់គ្រងសមហេតុផលនៃកម្រាស់ NGF លើផ្ទៃធំនៅតែជាបញ្ហាប្រឈម20,34,44។ ការសិក្សានេះបានប្រើខ្លឹមសារដែលយើងបានបោះពុម្ពពីមុន 30. ដំណើរការនេះបង្កើតបានជាតំបន់ភ្លឺពី 0.1 ទៅ 3% ក្នុង 100 µm230 ។ នៅក្នុងផ្នែកខាងក្រោម យើងបង្ហាញលទ្ធផលសម្រាប់តំបន់ទាំងពីរប្រភេទ។ រូបភាព SEM ពង្រីកខ្ពស់បង្ហាញពីវត្តមាននៃតំបន់កម្រិតពណ៌ភ្លឺជាច្រើននៅលើភាគីទាំងពីរ (រូបភាព 1f,g) ដែលបង្ហាញពីវត្តមានរបស់តំបន់ FLG និង MLG 30,45 ។ នេះក៏ត្រូវបានបញ្ជាក់ដោយការខ្ចាត់ខ្ចាយរបស់ Raman (រូបភាព 1c) និងលទ្ធផល TEM (ពិភាក្សានៅពេលក្រោយនៅក្នុងផ្នែក "FS-NGF: រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ")។ តំបន់ FLG និង MLG ដែលសង្កេតឃើញនៅលើគំរូ FS- និង BS-NGF/Ni (ផ្នែកខាងមុខ និងខាងក្រោយ NGF ដែលត្រូវបានដាំដុះនៅលើ Ni) ប្រហែលជាបានកើនឡើងនៅលើគ្រាប់ធញ្ញជាតិ Ni (111) ដ៏ធំដែលបានបង្កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលមុន annealing22,30,45។ ការបត់ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅលើភាគីទាំងសងខាង (រូបភាពទី 1b ដែលសម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ស្វាយ)។ ផ្នត់ទាំងនេះត្រូវបានរកឃើញជាញឹកញាប់នៅក្នុងខ្សែភាពយន្ត graphene និង graphite ដែលដាំដុះ CVD ដោយសារតែភាពខុសគ្នាដ៏ធំនៅក្នុងមេគុណនៃការពង្រីកកំដៅរវាងក្រាហ្វិច និងស្រទាប់ខាងក្រោមនីកែល 30,38 ។
រូបភាព AFM បានបញ្ជាក់ថាសំណាក FS-NGF គឺល្អជាងគំរូ BS-NGF (រូបភាព SI1) (រូបភាព SI2)។ តម្លៃរដុបមធ្យមនៃការ៉េ (RMS) នៃ FS-NGF/Ni (រូបភាព SI2c) និង BS-NGF/Ni (រូបភាព SI2d) គឺ 82 និង 200 nm រៀងគ្នា (វាស់លើផ្ទៃដី 20 × 20 μm2) ។ ភាពរដុបខ្ពស់អាចត្រូវបានគេយល់បានដោយផ្អែកលើការវិភាគលើផ្ទៃនៃក្រដាសនីកែល (NiAR) នៅក្នុងស្ថានភាពដែលទទួលបាន (រូបភាព SI3) ។ រូបភាព SEM នៃ FS និង BS-NiAR ត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភាព SI3a-d ដែលបង្ហាញពីរូបវិទ្យាលើផ្ទៃផ្សេងៗគ្នា៖ បន្ទះ FS-Ni ប៉ូលាមានភាគល្អិតស្វ៊ែរទំហំណាណូ និងមីក្រុុង ខណៈដែល foil BS-Ni មិនទាន់លាប បង្ហាញជណ្តើរផលិតកម្ម។ ជាភាគល្អិតដែលមានកម្លាំងខ្ពស់។ និងការធ្លាក់ចុះ។ រូបភាពដែលមានគុណភាពបង្ហាញទាប និងខ្ពស់នៃក្រដាសនីកែលដែលលាបពណ៌ (NiA) ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព SI3e–h។ នៅក្នុងតួរលេខទាំងនេះ យើងអាចសង្កេតឃើញវត្តមានរបស់ភាគល្អិតនីកែលដែលមានទំហំមីក្រូនជាច្រើននៅលើផ្នែកទាំងសងខាងនៃក្រដាសនីកែល (រូបភាព SI3e–h)។ គ្រាប់ធញ្ញជាតិធំអាចមានការតំរង់ទិសលើផ្ទៃ Ni(111) ដូចដែលបានរាយការណ៍ពីមុន 30,46។ មានភាពខុសប្លែកគ្នាយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងរូបវិទ្យានីកែល foil រវាង FS-NiA និង BS-NiA ។ ភាពរដុបខ្ពស់នៃ BS-NGF/Ni គឺដោយសារតែផ្ទៃដែលមិនរលាយនៃ BS-NiAR ផ្ទៃដែលនៅមានភាពរដុបខ្លាំងសូម្បីតែបន្ទាប់ពីការ annealing (រូបភាព SI3) ។ ប្រភេទនៃលក្ខណៈផ្ទៃនេះមុនពេលដំណើរការលូតលាស់អនុញ្ញាតឱ្យមានភាពរដុបនៃខ្សែភាពយន្ត graphene និង graphite ត្រូវបានគ្រប់គ្រង។ វាគួរតែត្រូវបានកត់សម្គាល់ថាស្រទាប់ខាងក្រោមដើមបានទទួលការរៀបចំឡើងវិញនូវគ្រាប់ធញ្ញជាតិមួយចំនួនក្នុងអំឡុងពេលកំណើន graphene ដែលកាត់បន្ថយទំហំគ្រាប់ធញ្ញជាតិបន្តិច និងបានបង្កើនភាពរដុបលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមបន្តិចបើប្រៀបធៀបទៅនឹង foil annealed និងកាតាលីករ film22 ។
ការលៃតម្រូវភាពរដុបនៃផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោម ពេលវេលានៃការកិន (ទំហំគ្រាប់ធញ្ញជាតិ) 30,47 និងការគ្រប់គ្រងការចេញផ្សាយ 43 នឹងជួយកាត់បន្ថយឯកសណ្ឋានកម្រាស់ NGF ក្នុងតំបន់ទៅនឹងមាត្រដ្ឋាន µm2 និង/ឬសូម្បីតែ nm2 (ឧទាហរណ៍ ការប្រែប្រួលកម្រាស់នៃ nanometers មួយចំនួន)។ ដើម្បីគ្រប់គ្រងភាពរដុបលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោម វិធីសាស្ត្រដូចជាការប៉ូលាអេឡិចត្រូលីតនៃបន្ទះនីកែលលទ្ធផលអាចត្រូវបានពិចារណា 48 ។ បន្ទាប់មក បន្ទះនីកែលដែលបានកែច្នៃរួចអាចត្រូវបានដុតនៅសីតុណ្ហភាពទាប (< 900 °C) 46 និងពេលវេលា (< 5 នាទី) ដើម្បីជៀសវាងការបង្កើតគ្រាប់ធញ្ញជាតិ Ni (111) ធំ (ដែលមានប្រយោជន៍សម្រាប់ការលូតលាស់របស់ FLG) ។
SLG និង FLG graphene មិនអាចទប់ទល់នឹងភាពតានតឹងលើផ្ទៃនៃអាស៊ីត និងទឹកបានទេ ដែលទាមទារស្រទាប់ជំនួយមេកានិកក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការផ្ទេរសារធាតុគីមីសើម 22,34,38។ ផ្ទុយទៅនឹងការផ្ទេរសារធាតុគីមីសើមនៃ graphene38 ស្រទាប់តែមួយដែលគាំទ្រវត្ថុធាតុ polymer យើងបានរកឃើញថាភាគីទាំងពីរនៃ NGF ដែលលូតលាស់អាចត្រូវបានផ្ទេរដោយគ្មានជំនួយវត្ថុធាតុ polymer ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2a (សូមមើលរូបភាព SI4a សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិតបន្ថែម) ។ ការផ្ទេរ NGF ទៅកាន់ស្រទាប់ខាងក្រោមដែលបានផ្តល់ឱ្យ ចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងការ etching សើមនៃខ្សែភាពយន្ត Ni30.49 មូលដ្ឋាន។ សំណាក NGF/Ni/NGF ដែលដាំដុះត្រូវបានគេដាក់ពេញមួយយប់ក្នុង 15 mL នៃ 70% HNO3 ពនឺជាមួយទឹក 600 mL នៃ deionized (DI) ។ បន្ទាប់ពីក្រដាស Ni ត្រូវបានរំលាយទាំងស្រុង FS-NGF នៅតែសំប៉ែត ហើយអណ្តែតលើផ្ទៃនៃអង្គធាតុរាវ ដូចជាគំរូ NGF/Ni/NGF ខណៈពេលដែល BS-NGF ត្រូវបានជ្រមុជក្នុងទឹក (រូបភាព 2a, ខ)។ បន្ទាប់មក NGF ដាច់ដោយឡែកត្រូវបានផ្ទេរពី beaker មួយដែលមានទឹក deionized ស្រស់ទៅ beaker មួយផ្សេងទៀត ហើយ NGF ដាច់ដោយឡែកត្រូវបានទឹកនាំទៅយ៉ាងហ្មត់ចត់ ធ្វើម្តងទៀត 4 ទៅ 6 ដងតាមរយៈចានកែវ concave ។ ទីបំផុត FS-NGF និង BS-NGF ត្រូវបានដាក់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលចង់បាន (រូបភាព 2c) ។
ដំណើរការផ្ទេរសារធាតុគីមីសើមដោយគ្មានសារធាតុប៉ូលីមឺរសម្រាប់ NGF ដែលដាំដុះនៅលើក្រដាសនីកែល៖ (ក) ដ្យាក្រាមលំហូរដំណើរការ (សូមមើលរូបភាព SI4 សម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត) (ខ) រូបថតឌីជីថលនៃ NGF ដែលបំបែកបន្ទាប់ពី Ni etching (2 គំរូ), (c) ឧទាហរណ៍ FS - និងការផ្ទេរ BS-NGF ទៅកាន់ស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si, (d) ការផ្ទេរ FS-NGF ទៅកាន់ស្រទាប់ខាងក្រោមវត្ថុធាតុ polymer ស្រអាប់, (e) BS-NGF ពីគំរូដូចគ្នាជាមួយបន្ទះ d (បែងចែកជាពីរផ្នែក) ផ្ទេរទៅក្រដាស C ធ្វើពីមាស។ និង Nafion (ស្រទាប់ខាងក្រោមថ្លាអាចបត់បែនបាន គែមសម្គាល់ដោយជ្រុងក្រហម)។
ចំណាំថាការផ្ទេរ SLG ត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើវិធីផ្ទេរគីមីសើម ត្រូវការពេលវេលាដំណើរការសរុបពី 20-24 ម៉ោង 38 ។ ជាមួយនឹងបច្ចេកទេសផ្ទេរវត្ថុធាតុ polymer-free ដែលបានបង្ហាញនៅទីនេះ (រូបភាព SI4a) ពេលវេលាដំណើរការផ្ទេរ NGF ទាំងមូលត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំង (ប្រហែល 15 ម៉ោង)។ ដំណើរការមាន៖ (ជំហានទី 1) រៀបចំសូលុយស្យុង etching ហើយដាក់សំណាកក្នុងនោះ (~10 នាទី) បន្ទាប់មករង់ចាំមួយយប់សម្រាប់ Ni etching (~7200 នាទី) (ជំហានទី 2) លាងជមែះជាមួយទឹក deionized (ជំហាន – 3) . រក្សាទុកក្នុងទឹក deionized ឬផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមគោលដៅ (20 នាទី) ។ ទឹកដែលជាប់នៅចន្លោះ NGF និងម៉ាទ្រីសភាគច្រើនត្រូវបានយកចេញដោយសកម្មភាព capillary (ដោយប្រើក្រដាសបិទបាំង) 38 បន្ទាប់មកដំណក់ទឹកដែលនៅសល់ត្រូវបានយកចេញដោយការស្ងួតធម្មជាតិ (ប្រហែល 30 នាទី) ហើយទីបំផុតសំណាកត្រូវបានស្ងួតអស់រយៈពេល 10 នាទី។ នាទីនៅក្នុងឡចំហាយ (10-1 mbar) នៅ 50-90 ° C (60 នាទី) 38 ។
ក្រាហ្វិចត្រូវបានគេស្គាល់ថាអាចទប់ទល់នឹងវត្តមាននៃទឹកនិងខ្យល់នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដោយយុត្តិធម៌ (≥ 200 ° C) 50,51,52 ។ យើងបានធ្វើតេស្តសំណាកដោយប្រើប្រាស់ Raman spectroscopy, SEM, និង XRD បន្ទាប់ពីរក្សាទុកក្នុងទឹក deionized នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ និងក្នុងដបបិទជិតសម្រាប់គ្រប់ទីកន្លែងចាប់ពីពីរបីថ្ងៃទៅមួយឆ្នាំ (រូបភាព SI4)។ មិនមានការថយចុះគួរឱ្យកត់សម្គាល់ទេ។ រូបភាពទី 2c បង្ហាញពី FS-NGF និង BS-NGF ដែលឈរដោយសេរីនៅក្នុងទឹក deionized ។ យើងបានចាប់យកពួកវានៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2 (300 nm)/Si ដូចដែលបានបង្ហាញនៅដើមរូបភាពទី 2 គ។ លើសពីនេះទៀតដូចដែលបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភាពទី 2d, e, NGF បន្តអាចត្រូវបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមជាច្រើនដូចជាប៉ូលីមៀ (ប៉ូលីមេមប៊ែតពី Nexolve និង Nafion) និងក្រដាសកាបូនដែលស្រោបដោយមាស។ អណ្តែត FS-NGF ត្រូវបានដាក់យ៉ាងងាយស្រួលនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមគោលដៅ (រូបភាព 2c, ឃ) ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយសំណាក BS-NGF ធំជាង 3 cm2 ពិបាកដោះស្រាយនៅពេលជ្រមុជក្នុងទឹក។ ជាធម្មតា នៅពេលដែលពួកគេចាប់ផ្តើមក្រឡុកក្នុងទឹក ដោយសារតែការមិនយកចិត្តទុកដាក់ ពេលខ្លះពួកគេបំបែកជាពីរ ឬបីផ្នែក (រូបភាព 2e)។ សរុបមក យើងអាចសម្រេចបាននូវការផ្ទេរដោយគ្មានសារធាតុប៉ូលីម៊ែរនៃ PS- និង BS-NGF (ការផ្ទេរដោយគ្មានថ្នេរជាបន្តបន្ទាប់ដោយគ្មានកំណើន NGF/Ni/NGF នៅ 6 cm2) សម្រាប់គំរូរហូតដល់ 6 និង 3 cm2 នៅក្នុងតំបន់រៀងគ្នា។ បំណែកធំឬតូចដែលនៅសេសសល់អាចត្រូវបានគេ (ឃើញយ៉ាងងាយស្រួលនៅក្នុងដំណោះស្រាយ etching ឬ deionized water) នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលចង់បាន (~1 mm2 រូបភាព SI4b សូមមើលគំរូដែលបានផ្ទេរទៅក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងដូចនៅក្នុង “FS-NGF: រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ (ពិភាក្សា) នៅក្រោម "រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ") ឬរក្សាទុកសម្រាប់ការប្រើប្រាស់នាពេលអនាគត (រូបភាព SI4) ។ ដោយផ្អែកលើលក្ខណៈវិនិច្ឆ័យនេះ យើងប៉ាន់ប្រមាណថា NGF អាចទទួលបានមកវិញក្នុងទិន្នផលរហូតដល់ 98-99% (បន្ទាប់ពីកំណើនសម្រាប់ការផ្ទេរ)។
គំរូផ្ទេរដោយគ្មានវត្ថុធាតុ polymer ត្រូវបានវិភាគយ៉ាងលម្អិត។ លក្ខណៈរូបវិទ្យានៃផ្ទៃដែលទទួលបាននៅលើ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si (រូបភាព 2c) ដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍អុបទិក (OM) និងរូបភាព SEM (រូបភាព SI5 និងរូបភាពទី 3) បានបង្ហាញថាគំរូទាំងនេះត្រូវបានផ្ទេរដោយគ្មានមីក្រូទស្សន៍។ ការខូចខាតរចនាសម្ព័ន្ធដែលអាចមើលឃើញដូចជា ស្នាមប្រេះ រន្ធ ឬតំបន់ដែលមិនត្រូវបានរមូរ។ ផ្នត់នៅលើ NGF ដែលកំពុងលូតលាស់ (រូបភាព 3b, ឃ, សម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ស្វាយ) នៅតែដដែលបន្ទាប់ពីការផ្ទេរ។ ទាំង FS- និង BS-NGFs ត្រូវបានផ្សំឡើងដោយតំបន់ FLG (តំបន់ភ្លឺដែលបង្ហាញដោយព្រួញពណ៌ខៀវក្នុងរូបភាពទី 3)។ គួរឱ្យភ្ញាក់ផ្អើល ខុសពីតំបន់រងការខូចខាតមួយចំនួនដែលជាធម្មតាសង្កេតឃើញក្នុងអំឡុងពេលផ្ទេរវត្ថុធាតុ polymer នៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វិចជ្រុល តំបន់ FLG និង MLG ទំហំមីក្រូជាច្រើនដែលតភ្ជាប់ទៅ NGF (សម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ខៀវក្នុងរូបភាពទី 3 ឃ) ត្រូវបានផ្ទេរដោយគ្មានស្នាមប្រេះ ឬបំបែក (រូបភាពទី 3 ឃ) . ៣). . សុចរិតភាពមេកានិចត្រូវបានបញ្ជាក់បន្ថែមដោយប្រើរូបភាព TEM និង SEM នៃ NGF ដែលផ្ទេរទៅក្រឡាចត្រង្គទង់ដែង-កាបូន ដូចដែលបានពិភាក្សានៅពេលក្រោយ ("FS-NGF: រចនាសម្ព័ន្ធ និងលក្ខណៈសម្បត្តិ")។ BS-NGF/SiO2/Si ដែលបានផ្ទេរគឺរដុបជាង FS-NGF/SiO2/Si ជាមួយនឹងតម្លៃ rms នៃ 140 nm និង 17 nm រៀងគ្នា ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព SI6a និង b (20 × 20 μm2)។ តម្លៃ RMS នៃ NGF ដែលផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si (RMS < 2 nm) គឺទាបជាងយ៉ាងខ្លាំង (ប្រហែល 3 ដង) ជាង NGF ដែលលូតលាស់នៅលើ Ni (រូបភាព SI2) ដែលបង្ហាញថាភាពរដុបបន្ថែមអាចត្រូវគ្នាទៅនឹងផ្ទៃ Ni ។ លើសពីនេះ រូបភាព AFM ដែលបានអនុវត្តនៅលើគែមនៃគំរូ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si បានបង្ហាញពីកម្រាស់ NGF នៃ 100 និង 80 nm រៀងគ្នា (រូបភាព SI7)។ កម្រាស់តូចជាងនៃ BS-NGF អាចជាលទ្ធផលនៃផ្ទៃដែលមិនត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹងឧស្ម័នមុនគេ។
បានផ្ទេរ NGF (NiAG) ដោយគ្មានវត្ថុធាតុ polymer នៅលើ SiO2/Si wafer (សូមមើលរូបភាព 2c): (a,b) រូបភាព SEM នៃ FS-NGF ដែលបានផ្ទេរ៖ ការពង្រីកទាប និងខ្ពស់ (ដែលត្រូវគ្នានឹងការ៉េពណ៌ទឹកក្រូចនៅក្នុងបន្ទះ)។ តំបន់ធម្មតា) - ក) ។ (c,d) រូបភាព SEM នៃ BS-NGF ដែលបានផ្ទេរ៖ ការពង្រីកទាប និងខ្ពស់ (ដែលត្រូវគ្នានឹងផ្ទៃធម្មតាដែលបង្ហាញដោយការ៉េពណ៌ទឹកក្រូចនៅក្នុងបន្ទះ c)។ (e, f) រូបភាព AFM នៃ FS- និង BS-NGFs ដែលបានផ្ទេរ។ ព្រួញពណ៌ខៀវតំណាងឱ្យតំបន់ FLG - កម្រិតពណ៌ភ្លឺ ព្រួញពណ៌ខៀវ - កម្រិតពណ៌ MLG ខ្មៅ ព្រួញក្រហម - កម្រិតពណ៌ខ្មៅតំណាងឱ្យតំបន់ NGF ព្រួញពណ៌ស្វាយតំណាងឱ្យផ្នត់។
សមាសធាតុគីមីនៃ FS- និង BS-NGFs ដែលត្រូវបានដាំដុះ និងផ្ទេរត្រូវបានវិភាគដោយកាំរស្មីអ៊ិច photoelectron spectroscopy (XPS) (រូបភាពទី 4) ។ កំពូលខ្សោយត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុងវិសាលគមដែលបានវាស់វែង (រូបភាព 4a, ខ) ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោម Ni (850 eV) នៃ FS- និង BS-NGFs (NiAG) ដែលដាំដុះ។ មិនមានកម្រិតកំពូលនៅក្នុងវិសាលគមដែលបានវាស់វែងនៃការផ្ទេរ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si (រូបភាព 4c; លទ្ធផលស្រដៀងគ្នាសម្រាប់ BS-NGF/SiO2/Si មិនត្រូវបានបង្ហាញទេ) ដែលបង្ហាញថាមិនមានសំណល់ Ni បន្ទាប់ពីការផ្ទេរ . តួលេខ 4d–f បង្ហាញពីវិសាលគមគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់នៃកម្រិតថាមពល C 1 s, O 1 s និង Si 2p នៃ FS-NGF/SiO2/Si ។ ថាមពលភ្ជាប់នៃ C 1 s នៃក្រាហ្វិចគឺ 284.4 eV53.54 ។ រូបរាងលីនេអ៊ែរនៃកំពូលក្រាហ្វិច ជាទូទៅត្រូវបានចាត់ទុកថាមានលក្ខណៈមិនស៊ីមេទ្រី ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាព 4d54 ។ វិសាលគមស្នូលកម្រិត C 1 s ដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ (រូបភាពទី 4 ឃ) ក៏បានបញ្ជាក់ផងដែរនូវការផ្ទេរសុទ្ធ (ពោលគឺគ្មានសំណល់វត្ថុធាតុ polymer) ដែលស្របនឹងការសិក្សាពីមុន 38 ។ វិសាលភាពបន្ទាត់នៃវិសាលគម C 1 s នៃគំរូដែលលូតលាស់ថ្មីៗ (NiAG) និងបន្ទាប់ពីការផ្ទេរគឺ 0.55 និង 0.62 eV រៀងគ្នា។ តម្លៃទាំងនេះគឺខ្ពស់ជាង SLG (0.49 eV សម្រាប់ SLG នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2) 38 ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ តម្លៃទាំងនេះមានទំហំតូចជាងបន្ទាត់ទទឹងដែលបានរាយការណ៍ពីមុនសម្រាប់គំរូ graphene pyrolytic តម្រង់ទិសខ្ពស់ (~0.75 eV)53,54,55 ដែលបង្ហាញពីអវត្តមាននៃកន្លែងកាបូនដែលខូចនៅក្នុងសម្ភារៈបច្ចុប្បន្ន។ វិសាលគមកម្រិតដី C 1s និង O 1s ក៏ខ្វះស្មាផងដែរ ដោយលុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់កម្រិតខ្ពស់បំផុត deconvolution54 ។ មានកំពូលផ្កាយរណប π → π* នៅជុំវិញ 291.1 eV ដែលជារឿយៗត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុងគំរូក្រាហ្វិច។ សញ្ញា 103 eV និង 532.5 eV នៅក្នុងវិសាលគមកម្រិតស្នូល Si 2p និង O 1 s (សូមមើលរូបទី 4e, f) ត្រូវបានសន្មតថាជាស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2 56 រៀងគ្នា។ XPS គឺជាបច្ចេកទេសដែលងាយយល់លើផ្ទៃ ដូច្នេះសញ្ញាដែលត្រូវគ្នានឹង Ni និង SiO2 ដែលបានរកឃើញមុន និងក្រោយការផ្ទេរ NGF រៀងគ្នាត្រូវបានសន្មត់ថាមានប្រភពមកពីតំបន់ FLG ។ លទ្ធផលស្រដៀងគ្នានេះត្រូវបានគេសង្កេតឃើញសម្រាប់គំរូ BS-NGF ដែលបានផ្ទេរ (មិនបង្ហាញ)។
លទ្ធផល NiAG XPS៖ (ac) ការស្ទង់មតិនៃសមាសធាតុអាតូមិកធាតុផ្សេងៗគ្នានៃ FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni ដែលកំពុងលូតលាស់ និងផ្ទេរ FS-NGF/SiO2/Si រៀងគ្នា។ (d–f) វិសាលគមគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់នៃកម្រិតស្នូល C 1 s, O 1s និង Si 2p នៃគំរូ FS-NGF/SiO2/Si ។
គុណភាពទាំងមូលនៃគ្រីស្តាល់ NGF ដែលបានផ្ទេរត្រូវបានវាយតម្លៃដោយប្រើកាំរស្មីអ៊ិច (XRD) ។ គំរូ XRD ធម្មតា (រូបភាព SI8) នៃ FS- និង BS-NGF/SiO2/Si ដែលបានផ្ទេរ បង្ហាញពីវត្តមាននៃចំណុចកំពូលនៃការបំភាយ (0 0 0 2) និង (0 0 0 4) នៅ 26.6° និង 54.7° ដែលស្រដៀងទៅនឹងក្រាហ្វិច។ . នេះបញ្ជាក់ពីគុណភាពគ្រីស្តាល់ខ្ពស់នៃ NGF និងត្រូវគ្នាទៅនឹងចម្ងាយ interlayer នៃ d = 0.335 nm ដែលត្រូវបានរក្សាបន្ទាប់ពីជំហានផ្ទេរ។ អាំងតង់ស៊ីតេនៃកំពូលនៃការសាយភាយ (0 0 0 2) គឺប្រហែល 30 ដងនៃកំពូលនៃការសាយភាយ (0 0 0 4) ដែលបង្ហាញថាប្លង់គ្រីស្តាល់ NGF ត្រូវបានតម្រឹមយ៉ាងល្អជាមួយនឹងផ្ទៃគំរូ។
យោងតាមលទ្ធផលនៃ SEM, Raman spectroscopy, XPS និង XRD គុណភាពនៃ BS-NGF/Ni ត្រូវបានគេរកឃើញថាដូចគ្នាទៅនឹង FS-NGF/Ni ទោះបីជាភាពរដុបរបស់វាខ្ពស់ជាងបន្តិច (រូបភាព SI2, SI5) និង SI7) ។
SLGs ដែលមានស្រទាប់គាំទ្រវត្ថុធាតុ polymer ក្រាស់រហូតដល់ 200 nm អាចអណ្តែតលើទឹក។ ការរៀបចំនេះត្រូវបានគេប្រើជាទូទៅនៅក្នុងដំណើរការផ្ទេរសារធាតុគីមីសើមដែលជំនួយពីវត្ថុធាតុ polymer 22,38 ។ Graphene និង graphite គឺ hydrophobic (មុំសើម 80–90°) 57 . ផ្ទៃថាមពលសក្តានុពលទាំង graphene និង FLG ត្រូវបានគេរាយការណ៍ថាមានរាងសំប៉ែត ដោយមានថាមពលសក្តានុពលទាប (~1 kJ/mol) សម្រាប់ចលនាក្រោយនៃទឹកនៅផ្ទៃ 58 ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ថាមពលអន្តរកម្មដែលបានគណនានៃទឹកជាមួយ graphene និងបីស្រទាប់នៃ graphene គឺប្រហែល −13 និង −15 kJ/mol,58 រៀងគ្នា ដែលបង្ហាញថាអន្តរកម្មនៃទឹកជាមួយ NGF (ប្រហែល 300 ស្រទាប់) គឺទាបជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹង graphene ។ នេះអាចជាហេតុផលមួយក្នុងចំណោមហេតុផលដែល NGF ឯករាជ្យនៅតែរាបស្មើនៅលើផ្ទៃទឹក ខណៈពេលដែល graphene ឯករាជ្យ (ដែលអណ្តែតក្នុងទឹក) រួញឡើង និងបំបែក។ នៅពេលដែល NGF ត្រូវបានជ្រមុជនៅក្នុងទឹកទាំងស្រុង (លទ្ធផលគឺដូចគ្នាសម្រាប់ NGF រដុប និងសំប៉ែត) គែមរបស់វាពត់ (រូបភាព SI4)។ នៅក្នុងករណីនៃការពន្លិចពេញលេញ វាត្រូវបានគេរំពឹងថាថាមពលអន្តរកម្មទឹក NGF ស្ទើរតែទ្វេដង (បើប្រៀបធៀបទៅនឹង NGF អណ្តែត) ហើយថាគែមនៃផ្នត់ NGF ដើម្បីរក្សាមុំទំនាក់ទំនងខ្ពស់ (hydrophobicity) ។ យើងជឿថាយុទ្ធសាស្រ្តអាចត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីជៀសវាងការកោងនៃគែមនៃ NGFs ដែលបានបង្កប់។ វិធីសាស្រ្តមួយគឺត្រូវប្រើសារធាតុរំលាយចម្រុះ ដើម្បីកែប្រែប្រតិកម្មសើមនៃ graphite film59។
ការផ្ទេរ SLG ទៅប្រភេទផ្សេងៗនៃស្រទាប់ខាងក្រោមតាមរយៈដំណើរការផ្ទេរសារធាតុគីមីសើមត្រូវបានរាយការណ៍ពីមុន។ វាត្រូវបានទទួលយកជាទូទៅថាកម្លាំង van der Waals ខ្សោយមានរវាងខ្សែភាពយន្ត graphene/graphite និងស្រទាប់ខាងក្រោម (តើវាជាស្រទាប់ខាងក្រោមរឹងដូចជា SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si pillars22 និង lacy carbon films30, 34 ឬស្រទាប់ខាងក្រោមដែលអាចបត់បែនបាន។ ដូចជា polyimide 37) ។ នៅទីនេះយើងសន្មតថាអន្តរកម្មនៃប្រភេទដូចគ្នានាំមុខ។ យើងមិនបានសង្កេតឃើញការខូចខាត ឬការរបកចេញនៃ NGF សម្រាប់ស្រទាប់ខាងក្រោមណាមួយដែលបានបង្ហាញនៅទីនេះក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការមេកានិច (កំឡុងពេលកំណត់លក្ខណៈនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌខ្វះចន្លោះ និង/ឬបរិយាកាស ឬអំឡុងពេលផ្ទុក) (ឧទាហរណ៍ រូបភាពទី 2 SI7 និង SI9)។ លើសពីនេះទៀត យើងមិនបានសង្កេតឃើញកំពូល SiC នៅក្នុងវិសាលគម XPS C 1 s នៃកម្រិតស្នូលនៃគំរូ NGF/SiO2/Si (រូបភាព 4) ទេ។ លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថាមិនមានចំណងគីមីរវាង NGF និងស្រទាប់ខាងក្រោមគោលដៅទេ។
នៅក្នុងផ្នែកមុន "ការផ្ទេរវត្ថុធាតុ polymer-free នៃ FS- និង BS-NGF" យើងបានបង្ហាញថា NGF អាចលូតលាស់ និងផ្ទេរនៅលើផ្នែកទាំងពីរនៃ foil នីកែល ។ FS-NGFs និង BS-NGFs ទាំងនេះមិនដូចគ្នាបេះបិទទាក់ទងនឹងភាពរដុបនៃផ្ទៃ ដែលជំរុញឱ្យយើងស្វែងរកកម្មវិធីដែលសមរម្យបំផុតសម្រាប់ប្រភេទនីមួយៗ។
ដោយពិចារណាលើតម្លាភាព និងផ្ទៃរលោងនៃ FS-NGF យើងបានសិក្សាពីរចនាសម្ព័ន្ធមូលដ្ឋាន លក្ខណៈសម្បត្តិអុបទិក និងអគ្គិសនីរបស់វាយ៉ាងលំអិត។ រចនាសម្ព័ននិងរចនាសម្ព័ន្ធនៃ FS-NGF ដោយគ្មានការផ្ទេរវត្ថុធាតុ polymer ត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយការបញ្ជូនរូបភាពមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង (TEM) និងការវិភាគគំរូនៃការបែងចែកអេឡិចត្រុងតំបន់ (SAED) ដែលបានជ្រើសរើស។ លទ្ធផលដែលត្រូវគ្នាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5 ។ រូបភាព TEM នៃផែនការពង្រីកកម្រិតទាបបានបង្ហាញពីវត្តមាននៃតំបន់ NGF និង FLG ដែលមានលក្ខណៈផ្ទុយគ្នានៃអេឡិចត្រុង ពោលគឺតំបន់ងងឹត និងភ្លឺជាង រៀងគ្នា (រូបភាព 5a) ។ ខ្សែភាពយន្តទាំងមូលបង្ហាញពីភាពសុចរិត និងស្ថេរភាពមេកានិចដ៏ល្អរវាងតំបន់ផ្សេងៗគ្នានៃ NGF និង FLG ដោយមានការត្រួតគ្នាល្អ និងមិនមានការខូចខាត ឬរហែក ដែលត្រូវបានបញ្ជាក់ផងដែរដោយ SEM (រូបភាពទី 3) និងការសិក្សា TEM ដែលពង្រីកខ្ពស់ (រូបភាព 5c-e) ។ ជាពិសេសនៅក្នុងរូបទី 5d បង្ហាញពីរចនាសម្ព័ន្ធស្ពាននៅផ្នែកធំបំផុតរបស់វា (ទីតាំងសម្គាល់ដោយសញ្ញាព្រួញពណ៌ខ្មៅក្នុងរូបភាពទី 5d) ដែលត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយរាងត្រីកោណ និងមានស្រទាប់ក្រាហ្វិនដែលមានទទឹងប្រហែល 51 ។ សមាសភាពដែលមានគម្លាត interplanar នៃ 0.33 ± 0.01 nm ត្រូវបានកាត់បន្ថយបន្ថែមទៀតទៅស្រទាប់ជាច្រើននៃ graphene នៅក្នុងតំបន់តូចចង្អៀតបំផុត (ចុងបញ្ចប់នៃព្រួញខ្មៅរឹងនៅក្នុងរូបភាពទី 5 ឃ) ។
រូបភាព Planar TEM នៃគំរូ NiAG ដែលគ្មានវត្ថុធាតុ polymer នៅលើក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងកាបោន៖ (a, b) រូបភាព TEM ពង្រីកទាប រួមទាំងតំបន់ NGF និង FLG, (ce) រូបភាពពង្រីកខ្ពស់នៃតំបន់ផ្សេងៗនៅក្នុង panel-a និង panel-b គឺ សញ្ញាព្រួញដែលមានពណ៌ដូចគ្នា។ សញ្ញាព្រួញពណ៌បៃតងនៅក្នុងបន្ទះ a និង c បង្ហាញពីតំបន់រងការខូចខាតកំឡុងពេលតម្រឹមធ្នឹម។ (f–i) នៅក្នុងបន្ទះ a ដល់ c លំនាំ SAED នៅក្នុងតំបន់ផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានចង្អុលបង្ហាញដោយរង្វង់ពណ៌ខៀវ ខៀវ ទឹកក្រូច និងក្រហមរៀងៗខ្លួន។
រចនាសម្ព័នខ្សែបូក្នុងរូបភាពទី 5c បង្ហាញ (សម្គាល់ដោយសញ្ញាព្រួញក្រហម) ការតំរង់ទិសបញ្ឈរនៃយន្តហោះបន្ទះក្រាហ្វិច ដែលអាចបណ្តាលមកពីការបង្កើត nanofolds តាមខ្សែភាពយន្ដ (បញ្ចូលក្នុងរូបភាពទី 5c) ដោយសារតែភាពតានតឹងផ្នែកកាត់ដែលមិនបានទូទាត់លើស 30,61,62 . នៅក្រោម TEM គុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ nanofolds 30 ទាំងនេះបង្ហាញការតំរង់ទិសគ្រីស្តាល់ខុសពីតំបន់ NGF ដែលនៅសល់។ ប្លង់មូលដ្ឋាននៃបន្ទះឈើក្រាហ្វីតត្រូវបានតម្រង់ទិសស្ទើរតែបញ្ឈរ ជាជាងផ្ដេកដូចខ្សែភាពយន្តដែលនៅសល់ (បញ្ចូលក្នុងរូបភាពទី 5 គ)។ ស្រដៀងគ្នានេះដែរ តំបន់ FLG ម្តងម្កាលបង្ហាញផ្នត់ដូចក្រុមតន្រ្តីលីនេអ៊ែរ និងតូចចង្អៀត (សម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ខៀវ) ដែលបង្ហាញនៅកម្រិតទាប និងមធ្យមក្នុងរូបភាព 5b, 5e រៀងគ្នា។ ការបញ្ចូលក្នុងរូបភាពទី 5e បញ្ជាក់ពីវត្តមាននៃស្រទាប់ក្រាហ្វិនពីរ និងបីស្រទាប់នៅក្នុងផ្នែក FLG (ចម្ងាយអន្តរផែនការ 0.33 ± 0.01 nm) ដែលជាការព្រមព្រៀងដ៏ល្អជាមួយលទ្ធផលពីមុនរបស់យើង30។ លើសពីនេះទៀតរូបភាព SEM ដែលបានកត់ត្រានៃ NGF ដែលគ្មានវត្ថុធាតុ polymer ត្រូវបានផ្ទេរទៅក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងជាមួយនឹងខ្សែភាពយន្តកាបូនស្រទាប់ (បន្ទាប់ពីធ្វើការវាស់វែង TEM ទិដ្ឋភាពកំពូល) ត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភាព SI9 ។ តំបន់ FLG ដែលត្រូវបានព្យួរយ៉ាងល្អ (សម្គាល់ដោយព្រួញពណ៌ខៀវ) និងតំបន់ដែលខូចនៅក្នុងរូបភាព SI9f ។ ព្រួញពណ៌ខៀវ (នៅគែមនៃ NGF ដែលបានផ្ទេរ) ត្រូវបានបង្ហាញដោយចេតនាដើម្បីបង្ហាញថាតំបន់ FLG អាចទប់ទល់នឹងដំណើរការផ្ទេរដោយគ្មានវត្ថុធាតុ polymer ។ សរុបមក រូបភាពទាំងនេះបញ្ជាក់ថា NGF ដែលត្រូវបានផ្អាកដោយផ្នែក (រួមទាំងតំបន់ FLG) រក្សាបាននូវភាពសុចរិតនៃមេកានិច សូម្បីតែបន្ទាប់ពីការដោះស្រាយយ៉ាងម៉ត់ចត់ និងការប៉ះពាល់នឹងកន្លែងទំនេរខ្ពស់ក្នុងអំឡុងពេលវាស់ TEM និង SEM (រូបភាព SI9)។
ដោយសារតែភាពរាបស្មើដ៏ល្អនៃ NGF (សូមមើលរូបភាពទី 5a) វាមិនពិបាកក្នុងការតំរង់ទិសនៃ flakes តាមអ័ក្សដែន [0001] ដើម្បីវិភាគរចនាសម្ព័ន្ធ SAED នោះទេ។ អាស្រ័យលើកម្រាស់នៃខ្សែភាពយន្ត និងទីតាំងរបស់វា តំបន់ជាច្រើនដែលចាប់អារម្មណ៍ (12 ពិន្ទុ) ត្រូវបានកំណត់អត្តសញ្ញាណសម្រាប់ការសិក្សាពីការបំភាយអេឡិចត្រុង។ នៅក្នុងរូបភាព 5a–c តំបន់ធម្មតាចំនួនបួនត្រូវបានបង្ហាញ និងសម្គាល់ដោយរង្វង់ពណ៌ (ខៀវ ខៀវ ទឹកក្រូច និងក្រហម)។ រូបភាពទី 2 និងទី 3 សម្រាប់របៀប SAED ។ តួលេខ 5f និង g ត្រូវបានទទួលពីតំបន់ FLG ដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5 និងទី 5។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 5b និង c រៀងគ្នា។ ពួកវាមានរចនាសម្ព័ន្ធឆកោនស្រដៀងនឹង graphene63 រមួល។ ជាពិសេស រូបភាពទី 5f បង្ហាញគំរូបីជាន់ដែលមានការតំរង់ទិសដូចគ្នានៃអ័ក្សតំបន់ [0001] ដែលបង្វិលដោយ 10° និង 20° ដូចដែលបានបង្ហាញដោយភាពមិនស៊ីគ្នានៃមុំនៃការឆ្លុះបញ្ចាំងបីគូ (10-10) ។ ដូចគ្នានេះដែរ រូបភាព 5g បង្ហាញលំនាំឆកោនពីរដែលបង្វិលដោយ 20°។ គំរូពីរឬបីក្រុមនៃគំរូឆកោននៅក្នុងតំបន់ FLG អាចកើតឡើងពីស្រទាប់ក្រាហ្វិនក្នុងយន្តហោះ ឬក្រៅយន្តហោះចំនួន 33 ដែលបង្វិលទាក់ទងគ្នាទៅវិញទៅមក។ ផ្ទុយទៅវិញ គំរូនៃការបំភាយអេឡិចត្រុងនៅក្នុងរូបភាពទី 5h,i (ដែលត្រូវគ្នានឹងតំបន់ NGF ដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5a) បង្ហាញគំរូ [0001] តែមួយជាមួយនឹងអាំងតង់ស៊ីតេនៃការបំភាយចំណុចខ្ពស់សរុប ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងកម្រាស់សម្ភារៈកាន់តែច្រើន។ ម៉ូដែល SAED ទាំងនេះត្រូវគ្នាទៅនឹងរចនាសម្ព័ន្ធក្រាហ្វិចក្រាស់ជាង និងការតំរង់ទិសមធ្យមជាង FLG ដូចដែលបានសន្និដ្ឋានពីសន្ទស្សន៍ 64 ។ លក្ខណៈនៃលក្ខណៈគ្រីស្តាល់នៃ NGF បង្ហាញពីការរួមរស់នៃគ្រីស្តាល់ក្រាហ្វិច (ឬក្រាហ្វិន) ពីរឬបី។ អ្វីដែលគួរអោយកត់សំគាល់ជាពិសេសនៅក្នុងតំបន់ FLG គឺថា គ្រីស្តាល់មានកម្រិតជាក់លាក់នៃការវង្វេងក្នុងយន្តហោះ ឬក្រៅយន្តហោះ។ ភាគល្អិត/ស្រទាប់ក្រាហ្វិចដែលមានមុំបង្វិលក្នុងយន្តហោះ 17°, 22° និង 25° ត្រូវបានរាយការណ៍ពីមុនសម្រាប់ NGF ដែលដាំដុះនៅលើខ្សែភាពយន្ត Ni 64 ។ តម្លៃមុំបង្វិលដែលបានសង្កេតនៅក្នុងការសិក្សានេះគឺស្របជាមួយនឹងមុំបង្វិលដែលបានសង្កេតពីមុន (±1°) សម្រាប់ BLG63 graphene រមួល។
លក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីនៃ NGF/SiO2/Si ត្រូវបានវាស់នៅ 300 K លើផ្ទៃដី 10×3 mm2 ។ តម្លៃនៃកំហាប់ក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនអេឡិចត្រុង ភាពចល័ត និងចរន្តគឺ 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 និង 2000 S-cm-1 រៀងគ្នា។ តម្លៃនៃការចល័ត និងចរន្តនៃ NGF របស់យើងគឺស្រដៀងទៅនឹងក្រាហ្វិចធម្មជាតិ 2 និងខ្ពស់ជាងក្រាហ្វិច pyrolytic ដែលមានទិសដៅខ្ពស់ដែលមានពាណិជ្ជកម្ម (ផលិតនៅ 3000 ° C) 29 ។ តម្លៃកំហាប់នៃក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនអេឡិចត្រុងដែលបានសង្កេតឃើញមានលំដាប់ពីរនៃរ៉ិចទ័រខ្ពស់ជាងអ្វីដែលបានរាយការណ៍នាពេលថ្មីៗនេះ (7.25 × 10 សង់ទីម៉ែត្រ-3) សម្រាប់ខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វិចក្រាស់មីក្រែនដែលបានរៀបចំដោយប្រើសន្លឹក polyimide សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (3200 °C) 20 ។
យើងក៏បានអនុវត្តការវាស់វែងការបញ្ជូនដែលអាចមើលឃើញដោយកាំរស្មីយូវីនៅលើ FS-NGF ដែលបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមរ៉ែថ្មខៀវ (រូបភាពទី 6) ។ វិសាលគមលទ្ធផលបង្ហាញពីការបញ្ជូនថេរស្ទើរតែ 62% ក្នុងជួរ 350-800 nm ដែលបង្ហាញថា NGF គឺប្រែពណ៌ទៅជាពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ។ តាមពិតឈ្មោះ "KAUST" អាចត្រូវបានគេមើលឃើញនៅក្នុងរូបថតឌីជីថលនៃគំរូនៅក្នុងរូបភាពទី 6b ។ ទោះបីជារចនាសម្ព័ន្ធ nanocrystalline នៃ NGF គឺខុសគ្នាពី SLG ចំនួនស្រទាប់អាចត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណដោយប្រើច្បាប់នៃការបាត់បង់ការបញ្ជូន 2.3% ក្នុងមួយស្រទាប់បន្ថែម 65 ។ យោងតាមទំនាក់ទំនងនេះ ចំនួននៃស្រទាប់ graphene ជាមួយនឹងការបាត់បង់ការបញ្ជូន 38% គឺ 21. NGF ដែលត្រូវបានដាំដុះភាគច្រើនមានស្រទាប់ graphene 300 ពោលគឺប្រហែល 100 nm ក្រាស់ (រូបភាពទី 1, SI5 និង SI7)។ ដូច្នេះហើយ យើងសន្មត់ថាតម្លាភាពអុបទិកដែលបានសង្កេតត្រូវគ្នាទៅនឹងតំបន់ FLG និង MLG ចាប់តាំងពីពួកគេត្រូវបានចែកចាយពាសពេញខ្សែភាពយន្ត (រូបភាពទី 1, 3, 5 និង 6c)។ បន្ថែមពីលើទិន្នន័យរចនាសម្ព័ន្ធខាងលើ ចរន្ត និងតម្លាភាពក៏បញ្ជាក់ពីគុណភាពគ្រីស្តាល់ខ្ពស់នៃ NGF ដែលបានផ្ទេរផងដែរ។
(ក) ការវាស់វែងការបញ្ជូនដែលអាចមើលឃើញដោយកាំរស្មីយូវី (ខ) ការផ្ទេរ NGF ធម្មតានៅលើរ៉ែថ្មខៀវដោយប្រើគំរូតំណាង។ (គ) គ្រោងការណ៍នៃ NGF (ប្រអប់ងងឹត) ជាមួយនឹងតំបន់ FLG និង MLG ដែលចែកចាយស្មើៗគ្នាត្រូវបានសម្គាល់ថាជារាងចៃដន្យពណ៌ប្រផេះនៅទូទាំងគំរូ (សូមមើលរូបភាពទី 1) (ប្រហែល 0.1-3% តំបន់ក្នុង 100 μm2) ។ រូបរាងចៃដន្យ និងទំហំរបស់វានៅក្នុងដ្យាក្រាមគឺសម្រាប់គោលបំណងបង្ហាញតែប៉ុណ្ណោះ ហើយមិនត្រូវគ្នានឹងតំបន់ជាក់ស្តែងទេ។
Translucent NGF ដែលដាំដុះដោយ CVD ពីមុនត្រូវបានផ្ទេរទៅផ្ទៃស៊ីលីកុនទទេ និងប្រើក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។ ប្រសិទ្ធភាពបំប្លែងថាមពលលទ្ធផល (PCE) គឺ 1.5% ។ NGFs ទាំងនេះអនុវត្តមុខងារជាច្រើនដូចជាស្រទាប់សមាសធាតុសកម្ម ផ្លូវដឹកជញ្ជូនបន្ទុក និងអេឡិចត្រូតថ្លា 15,16 ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វិចមិនមានលក្ខណៈឯកសណ្ឋានទេ។ ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពបន្ថែមទៀតគឺចាំបាច់ដោយការត្រួតពិនិត្យដោយប្រុងប្រយ័ត្ននូវភាពធន់នៃសន្លឹក និងការបញ្ជូនអុបទិកនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិច ដោយសារលក្ខណៈសម្បត្តិទាំងពីរនេះដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការកំណត់តម្លៃ PCE នៃកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។ ជាធម្មតា ខ្សែភាពយន្ត graphene មានតម្លាភាព 97.7% ចំពោះពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ ប៉ុន្តែមានភាពធន់នឹងសន្លឹកពី 200-3000 ohms/sq.16 ។ ភាពធន់នៃផ្ទៃនៃខ្សែភាពយន្ត graphene អាចត្រូវបានកាត់បន្ថយដោយការបង្កើនចំនួនស្រទាប់ (ការផ្ទេរស្រទាប់ graphene ច្រើន) និង doping ជាមួយ HNO3 (~30 Ohm/sq.)66 ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយដំណើរការនេះត្រូវចំណាយពេលយូរហើយស្រទាប់ផ្ទេរផ្សេងគ្នាមិនតែងតែរក្សាទំនាក់ទំនងល្អទេ។ ផ្នែកខាងមុខ NGF របស់យើងមានលក្ខណៈសម្បត្តិដូចជា conductivity 2000 S/cm, film sheet resistance 50 ohm/sq ។ និងតម្លាភាព 62% ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាជម្រើសដែលអាចដំណើរការបានសម្រាប់បណ្តាញចរន្ត ឬអេឡិចត្រូតប្រឆាំងនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ 15,16 ។
ទោះបីជារចនាសម្ព័ន្ធ និងគីមីនៃផ្ទៃរបស់ BS-NGF គឺស្រដៀងនឹង FS-NGF ក៏ដោយ ភាពរដុបរបស់វាគឺខុសគ្នា ("ការលូតលាស់នៃ FS- និង BS-NGF") ។ ពីមុនយើងប្រើហ្វីលស្តើងបំផុត graphite22 ជាឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាឧស្ម័ន។ ដូច្នេះ យើងបានសាកល្បងលទ្ធភាពនៃការប្រើប្រាស់ BS-NGF សម្រាប់កិច្ចការចាប់សញ្ញាឧស្ម័ន (រូបភាព SI10)។ ទីមួយ ផ្នែកដែលមានទំហំ mm2 នៃ BS-NGF ត្រូវបានផ្ទេរទៅបន្ទះឈីបឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអេឡិចត្រូតអន្តរការី (រូបភាព SI10a-c) ។ ព័ត៌មានលម្អិតអំពីការផលិតបន្ទះឈីបត្រូវបានរាយការណ៍ពីមុន។ តំបន់រសើបសកម្មរបស់វាគឺ 9 mm267 ។ នៅក្នុងរូបភាព SEM (រូបភាព SI10b និង c) អេឡិចត្រូតមាសនៅពីក្រោមគឺអាចមើលឃើញយ៉ាងច្បាស់តាមរយៈ NGF ។ ជាថ្មីម្តងទៀត វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាការគ្របដណ្តប់បន្ទះឈីបឯកសណ្ឋានត្រូវបានសម្រេចសម្រាប់គំរូទាំងអស់។ ការវាស់វែងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាឧស្ម័ននៃឧស្ម័នផ្សេងៗត្រូវបានកត់ត្រា (រូបភាព SI10d) (រូបភាព SI11) ហើយអត្រាឆ្លើយតបជាលទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភព។ SI 10 ក្រាម។ ទំនងជាមានឧស្ម័នរំខានផ្សេងទៀតរួមមាន SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) និង NH3 (200 ppm) ។ មូលហេតុដែលអាចកើតមានគឺ NO2 ។ ធម្មជាតិអេឡិចត្រូហ្វីលីកនៃឧស្ម័ន 22,68 ។ នៅពេលដែល adsorbed នៅលើផ្ទៃនៃ graphene វាកាត់បន្ថយការស្រូបយកបច្ចុប្បន្ននៃអេឡិចត្រុងដោយប្រព័ន្ធ។ ការប្រៀបធៀបទិន្នន័យពេលវេលាឆ្លើយតបរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា BS-NGF ជាមួយឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលបានបោះពុម្ពពីមុនត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងតារាង SI2 ។ យន្តការសម្រាប់ដំណើរការឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា NGF ឡើងវិញដោយប្រើប្រាស់ប្លាស្មា UV, O3 ប្លាស្មា ឬការព្យាបាលដោយកម្ដៅ (50–150°C) នៃគំរូដែលប៉ះពាល់កំពុងដំណើរការ ដែលតាមឧត្ដមគតិត្រូវបានអនុវត្តដោយការអនុវត្តប្រព័ន្ធបង្កប់69។
ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ CVD កំណើន graphene កើតឡើងនៅលើភាគីទាំងពីរនៃស្រទាប់ខាងក្រោមកាតាលីករ41។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ BS-graphene ជាធម្មតាត្រូវបានច្រានចេញក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការផ្ទេរ41។ នៅក្នុងការសិក្សានេះ យើងបង្ហាញថាការលូតលាស់ NGF ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងការផ្ទេរ NGF ដោយគ្មានវត្ថុធាតុ polymer អាចសម្រេចបាននៅលើផ្នែកទាំងពីរនៃការគាំទ្រកាតាលីករ។ BS-NGF គឺស្តើងជាង (~80 nm) ជាង FS-NGF (~100 nm) ហើយភាពខុសគ្នានេះត្រូវបានពន្យល់ដោយការពិតដែលថា BS-Ni មិនត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយផ្ទាល់ទៅនឹងលំហូរឧស្ម័នមុនគេនោះទេ។ យើងក៏បានរកឃើញថាភាពរដុបនៃស្រទាប់ខាងក្រោម NiAR មានឥទ្ធិពលលើភាពរដុបនៃ NGF ។ លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថា Planar FS-NGF ដែលកំពុងលូតលាស់អាចត្រូវបានប្រើជាសម្ភារៈមុនគេសម្រាប់ graphene (ដោយ exfoliation method70) ឬជាបណ្តាញ conductive នៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ15,16។ ផ្ទុយទៅវិញ BS-NGF នឹងត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការរាវរកឧស្ម័ន (រូបភាព SI9) និងអាចសម្រាប់ប្រព័ន្ធផ្ទុកថាមពល 71,72 ដែលភាពរដុបលើផ្ទៃរបស់វានឹងមានប្រយោជន៍។
ដោយពិចារណាលើចំណុចខាងលើ វាពិតជាមានប្រយោជន៍ក្នុងការរួមបញ្ចូលគ្នានូវការងារបច្ចុប្បន្នជាមួយនឹងខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វិចដែលបានបោះពុម្ពពីមុន ដែលដាំដុះដោយ CVD និងការប្រើប្រាស់ក្រដាសនីកែល ។ ដូចដែលអាចមើលឃើញនៅក្នុងតារាងទី 2 សម្ពាធខ្ពស់ដែលយើងបានប្រើកាត់បន្ថយពេលវេលាប្រតិកម្ម (ដំណាក់កាលលូតលាស់) សូម្បីតែនៅសីតុណ្ហភាពទាប (ក្នុងចន្លោះ 850-1300 ° C) ។ យើងក៏សម្រេចបាននូវកំណើនច្រើនជាងធម្មតា ដែលបង្ហាញពីសក្តានុពលសម្រាប់ការពង្រីក។ មានកត្តាផ្សេងទៀតដែលត្រូវយកមកពិចារណា ដែលកត្តាមួយចំនួនដែលយើងបានដាក់បញ្ចូលក្នុងតារាង។
NGF ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ទ្វេភាគីត្រូវបានដាំដុះនៅលើក្រដាសនីកែលដោយកាតាលីករ CVD ។ ដោយការលុបបំបាត់ស្រទាប់ខាងក្រោមវត្ថុធាតុ polymer បុរាណ (ដូចជាវត្ថុដែលប្រើក្នុង CVD graphene) យើងសម្រេចបាននូវការផ្ទេរសើម NGF ដែលស្អាត និងគ្មានពិការភាព (លូតលាស់នៅផ្នែកខាងក្រោយ និងផ្នែកខាងមុខនៃក្រដាសនីកែល) ទៅជាស្រទាប់ខាងក្រោមនៃដំណើរការសំខាន់ៗជាច្រើន។ គួរកត់សម្គាល់ថា NGF រួមបញ្ចូលតំបន់ FLG និង MLG (ជាធម្មតា 0.1% ទៅ 3% ក្នុង 100 µm2) ដែលត្រូវបានដាក់បញ្ចូលក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធយ៉ាងល្អទៅក្នុងខ្សែភាពយន្តក្រាស់។ Planar TEM បង្ហាញថាតំបន់ទាំងនេះត្រូវបានផ្សំឡើងដោយបណ្តុំនៃភាគល្អិតក្រាហ្វីត/ក្រាហ្វីនពីរទៅបី (គ្រីស្តាល់ ឬស្រទាប់រៀងៗខ្លួន) ដែលមួយចំនួនមានភាពមិនស៊ីគ្នាក្នុងការបង្វិលពី 10–20°។ តំបន់ FLG និង MLG ទទួលខុសត្រូវចំពោះតម្លាភាពនៃ FS-NGF ចំពោះពន្លឺដែលអាចមើលឃើញ។ ចំពោះសន្លឹកខាងក្រោយ ពួកគេអាចត្រូវបានអនុវត្តស្របទៅនឹងសន្លឹកខាងមុខ ហើយដូចដែលបានបង្ហាញ អាចមានគោលបំណងមុខងារ (ឧទាហរណ៍ សម្រាប់ការរាវរកឧស្ម័ន)។ ការសិក្សាទាំងនេះមានប្រយោជន៍ខ្លាំងណាស់សម្រាប់ការកាត់បន្ថយកាកសំណល់ និងការចំណាយក្នុងដំណើរការ CVD ខ្នាតឧស្សាហកម្ម។
ជាទូទៅ កម្រាស់ជាមធ្យមនៃ CVD NGF ស្ថិតនៅចន្លោះ (ទាប និងច្រើនស្រទាប់) ក្រាហ្វិន និងឧស្សាហកម្ម (មីក្រូម៉ែត្រ) ក្រាហ្វិច។ ជួរនៃលក្ខណៈសម្បត្តិគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍របស់ពួកគេ រួមផ្សំជាមួយនឹងវិធីសាស្រ្តសាមញ្ញដែលយើងបានបង្កើតសម្រាប់ការផលិត និងការដឹកជញ្ជូនរបស់ពួកគេ ធ្វើឱ្យខ្សែភាពយន្តទាំងនេះជាពិសេសសមរម្យសម្រាប់កម្មវិធីដែលទាមទារការឆ្លើយតបមុខងារនៃក្រាហ្វិច ដោយមិនចំណាយលើដំណើរការផលិតកម្មឧស្សាហកម្មដែលពឹងផ្អែកខ្លាំងលើថាមពលដែលបានប្រើនាពេលបច្ចុប្បន្ន។
ក្រដាសនីកែលក្រាស់ 25 μm (ភាពបរិសុទ្ធ 99.5% Goodfellow) ត្រូវបានដំឡើងនៅក្នុងម៉ាស៊ីនរ៉េអាក់ទ័រ CVD ពាណិជ្ជកម្ម (Aixtron 4-inch BMPro) ។ ប្រព័ន្ធនេះត្រូវបានសម្អាតដោយ argon និងជម្លៀសទៅសម្ពាធមូលដ្ឋាននៃ 10-3 mbar ។ បន្ទាប់មកក្រដាសនីកែលត្រូវបានដាក់។ នៅក្នុង Ar/H2 (បន្ទាប់ពី annealing the Ni foil ជាមុនសម្រាប់រយៈពេល 5 នាទី foil ត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងសម្ពាធ 500 mbar នៅ 900 ° C ។ NGF ត្រូវបានដាក់ក្នុងលំហូរនៃ CH4/H2 (100 cm3 នីមួយៗ) រយៈពេល 5 នាទី។ បន្ទាប់មកសំណាកត្រូវបានធ្វើឱ្យត្រជាក់ដល់សីតុណ្ហភាពក្រោម 700 °C ដោយប្រើលំហូរ Ar (4000 cm3) នៅ 40 ° C/min ព័ត៌មានលម្អិតស្តីពីការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃដំណើរការលូតលាស់ NGF ត្រូវបានពិពណ៌នានៅកន្លែងផ្សេង30។
រូបវិទ្យាផ្ទៃនៃគំរូត្រូវបានមើលឃើញដោយ SEM ដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍ Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA) ។ ភាពរដុបនៃផ្ទៃគំរូ និងកម្រាស់ NGF ត្រូវបានវាស់ដោយប្រើ AFM (Dimension Icon SPM, Bruker)។ ការវាស់វែង TEM និង SAED ត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍ FEI Titan 80-300 Cubed បំពាក់ដោយកាំភ្លើងបញ្ចេញពន្លឺខ្ពស់ (300 kV) ដែលជាប្រភេទ monochromator ប្រភេទ FEI Wien និងឧបករណ៍កែកំហុសរាងស្វ៊ែររបស់ CEOS ដើម្បីទទួលបានលទ្ធផលចុងក្រោយ។ ដំណោះស្រាយទំហំ 0.09 nm ។ គំរូ NGF ត្រូវបានផ្ទេរទៅក្រឡាចត្រង្គទង់ដែងដែលស្រោបដោយស្រទាប់កាបូនសម្រាប់ការថតរូបភាព TEM រាបស្មើ និងការវិភាគរចនាសម្ព័ន្ធ SAED ។ ដូច្នេះភាគច្រើននៃ flocs គំរូត្រូវបានផ្អាកនៅក្នុងរន្ធញើសនៃភ្នាសទ្រទ្រង់។ គំរូ NGF ដែលបានផ្ទេរត្រូវបានវិភាគដោយ XRD ។ គំរូនៃការសាយភាយកាំរស្មីអ៊ិចត្រូវបានទទួលដោយប្រើឧបករណ៍វាស់ស្ទង់ម្សៅ (Brucker, ឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាល D2 ជាមួយប្រភព Cu Kα, 1.5418 Å និងឧបករណ៍ចាប់ LYNXEYE) ដោយប្រើប្រភពវិទ្យុសកម្ម Cu ដែលមានអង្កត់ផ្ចិតចំនុចធ្នឹម 3 ម។
ការវាស់វែងចំណុច Raman ជាច្រើនត្រូវបានកត់ត្រាដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍រួមផ្សំ (Alpha 300 RA, WITEC)។ ឡាស៊ែរ 532 nm ដែលមានថាមពលរំភើបទាប (25%) ត្រូវបានប្រើដើម្បីជៀសវាងឥទ្ធិពលកម្ដៅ។ កាំរស្មីអ៊ិច photoelectron spectroscopy (XPS) ត្រូវបានអនុវត្តនៅលើ spectrometer Kratos Axis Ultra លើផ្ទៃគំរូនៃ 300 × 700 μm2 ដោយប្រើវិទ្យុសកម្ម monochromatic Al Kα (hν = 1486.6 eV) នៅថាមពលនៃ 150 W. វិសាលគមដំណោះស្រាយត្រូវបានទទួលនៅ ថាមពលបញ្ជូន 160 eV និង 20 eV រៀងគ្នា។ សំណាក NGF ដែលផ្ទេរទៅ SiO2 ត្រូវបានកាត់ជាបំណែកៗ (3 × 10 mm2 នីមួយៗ) ដោយប្រើឡាស៊ែរ PLS6MW (1.06 μm) ytterbium fiber នៅ 30 W. ទំនាក់ទំនងខ្សែស្ពាន់ (50 μm) ត្រូវបានប្រឌិតដោយប្រើការបិទភ្ជាប់ប្រាក់ក្រោមមីក្រូទស្សន៍អុបទិក។ ការដឹកជញ្ជូនអគ្គិសនី និងការពិសោធន៍បែបផែន Hall ត្រូវបានអនុវត្តលើសំណាកទាំងនេះនៅកម្រិត 300 K និងការបំរែបំរួលដែនម៉ាញេទិកនៃ ± 9 Tesla នៅក្នុងប្រព័ន្ធវាស់វែងលក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្ត (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA)។ ការបញ្ជូនកាំរស្មី UV-vis spectra ត្រូវបានកត់ត្រាដោយប្រើ Lambda 950 UV-vis spectrophotometer ក្នុងជួរ NGF 350-800 nm ដែលបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមរ៉ែថ្មខៀវ និងគំរូយោងរ៉ែថ្មខៀវ។
ឧបករណ៏ធន់នឹងសារធាតុគីមី (បន្ទះឈីបអេឡិចត្រូតអន្តរឌីជីថល) ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅបន្ទះសៀគ្វីដែលបានបោះពុម្ពផ្ទាល់ខ្លួន 73 ហើយភាពធន់ត្រូវបានស្រង់ចេញជាបណ្តោះអាសន្ន។ បន្ទះសៀគ្វីដែលបានបោះពុម្ពដែលឧបករណ៍នេះមានទីតាំងនៅត្រូវបានភ្ជាប់ទៅស្ថានីយទំនាក់ទំនង ហើយដាក់នៅខាងក្នុងអង្គជំនុំជម្រះចាប់សញ្ញាឧស្ម័ន 74។ ការវាស់ស្ទង់ភាពធន់ត្រូវបានគេយកនៅវ៉ុល 1 V ជាមួយនឹងការស្កែនបន្តពីការបោសសំអាតរហូតដល់ការប៉ះពាល់ឧស្ម័ន ហើយបន្ទាប់មកសម្អាតម្តងទៀត។ ដំបូងឡើយ អង្គជំនុំជម្រះត្រូវបានសម្អាតដោយការបន្សុទ្ធជាមួយអាសូតក្នុងកម្រិត 200 cm3 រយៈពេល 1 ម៉ោង ដើម្បីធានាបាននូវការដកយកធាតុវិភាគផ្សេងទៀតទាំងអស់ដែលមានវត្តមាននៅក្នុងបន្ទប់ រួមទាំងសំណើមផងដែរ។ បន្ទាប់មកការវិភាគបុគ្គលត្រូវបានបញ្ចេញយឺតៗទៅក្នុងអង្គជំនុំជម្រះក្នុងអត្រាលំហូរដូចគ្នានៃ 200 cm3 ដោយបិទស៊ីឡាំង N2 ។
កំណែដែលបានកែប្រែនៃអត្ថបទនេះត្រូវបានបោះពុម្ព ហើយអាចចូលប្រើបានតាមរយៈតំណនៅផ្នែកខាងលើនៃអត្ថបទ។
Inagaki, M. and Kang, F. Carbon Materials Science and Engineering: មូលដ្ឋានគ្រឹះ។ ការបោះពុម្ពលើកទីពីរ។ 2014. 542.
Pearson, HO Handbook of Carbon, Graphite, Diamond និង Fullerenes: លក្ខណៈសម្បត្តិ ដំណើរការ និងកម្មវិធី។ ការបោះពុម្ពលើកដំបូងត្រូវបានកែសម្រួល។ ឆ្នាំ 1994 រដ្ឋ New Jersey ។
Tsai, W. et al ។ ផ្ទៃធំពហុស្រទាប់ ខ្សែភាពយន្ត graphene/graphite ជាអេឡិចត្រូតស្តើងថ្លា។ កម្មវិធី។ រូបវិទ្យា។ រ៉ាយ។ 95(12), 123115(2009)។
Balandin AA លក្ខណៈសម្បត្តិកំដៅនៃ graphene និងសម្ភារៈកាបូន nanostructured ។ ណាត។ ម៉ាត់ 10(8), 569–581 (2011)។
Cheng KY, Brown PW និង Cahill DG ចរន្តកំដៅនៃខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វីតដែលលូតលាស់នៅលើ Ni (111) ដោយការបញ្ចេញចំហាយគីមីសីតុណ្ហភាពទាប។ គុណកិរិយា។ ម៉ាត់ ចំណុចប្រទាក់ 3, 16 (2016) ។
Hesjedal, T. ការរីកលូតលាស់ជាបន្តបន្ទាប់នៃខ្សែភាពយន្ត graphene ដោយការបញ្ចេញចំហាយគីមី។ កម្មវិធី។ រូបវិទ្យា។ រ៉ាយ។ 98(13), 133106(2011)។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២៣ ខែសីហា ឆ្នាំ ២០២៤