Ni మరియు దాని రెండు-మార్గం పాలిమర్-రహిత బదిలీపై అపారదర్శక గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ను పెంచడం

Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ సంస్కరణకు పరిమిత CSS మద్దతు ఉంది. ఉత్తమ ఫలితాల కోసం, మీరు మీ బ్రౌజర్ యొక్క క్రొత్త సంస్కరణను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి). ఈ సమయంలో, కొనసాగుతున్న మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము స్టైలింగ్ లేదా జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను ప్రదర్శిస్తున్నాము.
నానోస్కేల్ గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లు (NGFలు) ఉత్ప్రేరక రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయగల బలమైన సూక్ష్మ పదార్ధాలు, అయితే వాటి బదిలీ సౌలభ్యం మరియు తదుపరి తరం పరికరాలలో వాటి వినియోగాన్ని ఉపరితల స్వరూపం ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందనే దానిపై ప్రశ్నలు మిగిలి ఉన్నాయి. ఇక్కడ మేము పాలీక్రిస్టలైన్ నికెల్ ఫాయిల్ (విస్తీర్ణం 55 సెం.మీ. 2, మందం సుమారు 100 ఎన్ఎమ్) మరియు దాని పాలిమర్-రహిత బదిలీ (ముందు మరియు వెనుక, వైశాల్యం 6 సెం.మీ2 వరకు) రెండు వైపులా NGF పెరుగుదలను నివేదిస్తాము. ఉత్ప్రేరకం రేకు యొక్క పదనిర్మాణం కారణంగా, రెండు కార్బన్ ఫిల్మ్‌లు వాటి భౌతిక లక్షణాలు మరియు ఇతర లక్షణాలలో (ఉపరితల కరుకుదనం వంటివి) విభిన్నంగా ఉంటాయి. కఠినమైన వెనుకవైపు ఉన్న NGFలు NO2 గుర్తింపుకు బాగా సరిపోతాయని మేము ప్రదర్శిస్తాము, అయితే ముందు వైపు (2000 S/cm, షీట్ రెసిస్టెన్స్ - 50 ohms/m2) మృదువైన మరియు మరింత వాహక NGFలు ఆచరణీయ కండక్టర్‌లుగా ఉంటాయి. సౌర ఘటం యొక్క ఛానెల్ లేదా ఎలక్ట్రోడ్ (ఇది 62% కనిపించే కాంతిని ప్రసారం చేస్తుంది కాబట్టి). మొత్తంమీద, వివరించిన వృద్ధి మరియు రవాణా ప్రక్రియలు గ్రాఫేన్ మరియు మైక్రాన్-మందపాటి గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లు సరిపోని సాంకేతిక అనువర్తనాల కోసం ప్రత్యామ్నాయ కార్బన్ పదార్థంగా NGFని గ్రహించడంలో సహాయపడవచ్చు.
గ్రాఫైట్ విస్తృతంగా ఉపయోగించే పారిశ్రామిక పదార్థం. ముఖ్యంగా, గ్రాఫైట్ సాపేక్షంగా తక్కువ ద్రవ్యరాశి సాంద్రత మరియు అధిక ఇన్-ప్లేన్ థర్మల్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ కండక్టివిటీ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు కఠినమైన ఉష్ణ మరియు రసాయన పరిసరాలలో చాలా స్థిరంగా ఉంటుంది. ఫ్లేక్ గ్రాఫైట్ అనేది గ్రాఫేన్ పరిశోధనకు ప్రసిద్ధి చెందిన ప్రారంభ పదార్థం. సన్నని ఫిల్మ్‌లుగా ప్రాసెస్ చేసినప్పుడు, ఇది స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు4,5,6,7 వంటి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల కోసం హీట్ సింక్‌లతో సహా అనేక రకాల అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది, సెన్సార్‌లలో యాక్టివ్ మెటీరియల్‌గా 8,9,10 మరియు విద్యుదయస్కాంత జోక్యం రక్షణ కోసం. 12 మరియు విపరీతమైన అతినీలలోహిత 13,14లో లితోగ్రఫీ కోసం ఫిల్మ్‌లు, సౌర ఘటాలలో ఛానెల్‌లను నిర్వహించడం15,16. ఈ అప్లికేషన్లన్నింటికీ, నానోస్కేల్ <100 nmలో నియంత్రించబడే మందంతో గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల (NGFలు) పెద్ద ప్రాంతాలను సులభంగా ఉత్పత్తి చేసి రవాణా చేయగలిగితే అది ఒక ముఖ్యమైన ప్రయోజనం.
గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లు వివిధ పద్ధతుల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. ఒక సందర్భంలో, గ్రాఫేన్ రేకులు 10,11,17 ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎంబెడ్డింగ్ మరియు ఎక్స్‌ఫాన్షన్ తర్వాత ఎక్స్‌ఫోలియేషన్ ఉపయోగించబడ్డాయి. రేకులు అవసరమైన మందం యొక్క చలనచిత్రాలలోకి మరింత ప్రాసెస్ చేయబడాలి మరియు దట్టమైన గ్రాఫైట్ షీట్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి చాలా రోజులు పడుతుంది. గ్రాఫిటబుల్ ఘన పూర్వగాములతో ప్రారంభించడం మరొక విధానం. పరిశ్రమలో, పాలిమర్‌ల షీట్‌లు కార్బోనైజ్ చేయబడతాయి (1000–1500 °C వద్ద) ఆపై గ్రాఫిటైజ్ చేయబడి (2800–3200 °C వద్ద) బాగా నిర్మాణాత్మకమైన లేయర్డ్ మెటీరియల్‌లను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ చిత్రాల నాణ్యత ఎక్కువగా ఉన్నప్పటికీ, శక్తి వినియోగం గణనీయంగా 1,18,19 మరియు కనిష్ట మందం కొన్ని మైక్రాన్‌లకు పరిమితం చేయబడింది.
ఉత్ప్రేరక రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD) అనేది అధిక నిర్మాణ నాణ్యత మరియు సహేతుకమైన ఖర్చు21,22,23,24,25,26,27తో గ్రాఫేన్ మరియు అల్ట్రాథిన్ గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లను (<10 nm) ఉత్పత్తి చేయడానికి ఒక ప్రసిద్ధ పద్ధతి. అయినప్పటికీ, గ్రాఫేన్ మరియు అల్ట్రాథిన్ గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల పెరుగుదలతో పోలిస్తే, పెద్ద-ఏరియా పెరుగుదల మరియు/లేదా CVDని ఉపయోగించి NGF యొక్క అప్లికేషన్ ఇంకా తక్కువగా అన్వేషించబడింది11,13,29,30,31,32,33.
CVD-పెరిగిన గ్రాఫేన్ మరియు గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లను తరచుగా ఫంక్షనల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు బదిలీ చేయాలి. ఈ సన్నని చలనచిత్ర బదిలీలు రెండు ప్రధాన పద్ధతులను కలిగి ఉంటాయి35: (1) నాన్-ఎచ్ బదిలీ36,37 మరియు (2) ఎట్చ్-ఆధారిత తడి రసాయన బదిలీ (సబ్‌స్ట్రేట్ మద్దతు)14,34,38. ప్రతి పద్ధతికి కొన్ని ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు ఉన్నాయి మరియు 35,39 చోట్ల వివరించిన విధంగా ఉద్దేశించిన అప్లికేషన్‌ను బట్టి ఎంచుకోవాలి. ఉత్ప్రేరక ఉపరితలాలపై పెరిగిన గ్రాఫేన్/గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల కోసం, తడి రసాయన ప్రక్రియల ద్వారా బదిలీ చేయడం (వీటిలో పాలీమిథైల్ మెథాక్రిలేట్ (PMMA) సాధారణంగా ఉపయోగించే మద్దతు పొర) మొదటి ఎంపిక13,30,34,38,40,41,42. మీరు మరియు ఇతరులు. NGF బదిలీకి (నమూనా పరిమాణం సుమారు 4 cm2)25,43 కోసం ఏ పాలిమర్‌ను ఉపయోగించలేదని పేర్కొనబడింది, అయితే నమూనా స్థిరత్వం మరియు/లేదా బదిలీ సమయంలో నిర్వహణకు సంబంధించి ఎలాంటి వివరాలు అందించబడలేదు; పాలిమర్‌లను ఉపయోగించే వెట్ కెమిస్ట్రీ ప్రక్రియలు అనేక దశలను కలిగి ఉంటాయి, వీటిలో 30,38,40,41,42 త్యాగం చేసే పాలిమర్ పొర యొక్క అప్లికేషన్ మరియు తదుపరి తొలగింపు ఉంటుంది. ఈ ప్రక్రియలో ప్రతికూలతలు ఉన్నాయి: ఉదాహరణకు, పాలిమర్ అవశేషాలు పెరిగిన ఫిల్మ్ 38 యొక్క లక్షణాలను మార్చగలవు. అదనపు ప్రాసెసింగ్ అవశేష పాలిమర్‌ను తీసివేయగలదు, అయితే ఈ అదనపు దశలు ఫిల్మ్ ప్రొడక్షన్ యొక్క ఖర్చు మరియు సమయాన్ని పెంచుతాయి38,40. CVD పెరుగుదల సమయంలో, గ్రాఫేన్ పొర ఉత్ప్రేరకం రేకు ముందు వైపు మాత్రమే కాకుండా (ఆవిరి ప్రవాహానికి ఎదురుగా ఉన్న వైపు), కానీ దాని వెనుక వైపు కూడా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, రెండోది వ్యర్థ ఉత్పత్తిగా పరిగణించబడుతుంది మరియు మృదువైన ప్లాస్మా38,41 ద్వారా త్వరగా తొలగించబడుతుంది. ఈ ఫిల్మ్‌ని రీసైక్లింగ్ చేయడం వల్ల ఫేస్ కార్బన్ ఫిల్మ్ కంటే తక్కువ నాణ్యత ఉన్నప్పటికీ, దిగుబడిని పెంచడంలో సహాయపడుతుంది.
ఇక్కడ, CVD ద్వారా పాలీక్రిస్టలైన్ నికెల్ ఫాయిల్‌పై అధిక నిర్మాణ నాణ్యతతో NGF యొక్క పొర-స్థాయి ద్విముఖ పెరుగుదల తయారీని మేము నివేదిస్తాము. రేకు యొక్క ముందు మరియు వెనుక ఉపరితలం యొక్క కరుకుదనం NGF యొక్క స్వరూపం మరియు నిర్మాణాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందో అంచనా వేయబడింది. మేము నికెల్ ఫాయిల్ యొక్క రెండు వైపుల నుండి మల్టీఫంక్షనల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు ఖర్చుతో కూడుకున్న మరియు పర్యావరణ అనుకూలమైన పాలిమర్-రహిత NGF బదిలీని ప్రదర్శిస్తాము మరియు వివిధ అప్లికేషన్‌లకు ముందు మరియు వెనుక ఫిల్మ్‌లు ఎలా సరిపోతాయో చూపుతాము.
కింది విభాగాలు పేర్చబడిన గ్రాఫేన్ పొరల సంఖ్యను బట్టి వివిధ గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్ మందాలను చర్చిస్తాయి: (i) సింగిల్ లేయర్ గ్రాఫేన్ (SLG, 1 లేయర్), (ii) కొన్ని లేయర్ గ్రాఫేన్ (FLG, <10 లేయర్‌లు), (iii) మల్టీలేయర్ గ్రాఫేన్ ( MLG, 10-30 లేయర్‌లు) మరియు (iv) NGF (~300 లేయర్‌లు). రెండోది విస్తీర్ణం యొక్క శాతంగా వ్యక్తీకరించబడిన అత్యంత సాధారణ మందం (100 µm2కి దాదాపు 97% ప్రాంతం)30. అందుకే సినిమా మొత్తాన్ని సింపుల్‌గా ఎన్‌జిఎఫ్ అని పిలుస్తున్నారు.
గ్రాఫేన్ మరియు గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల సంశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించే పాలీక్రిస్టలైన్ నికెల్ ఫాయిల్‌లు వాటి తయారీ మరియు తదుపరి ప్రాసెసింగ్ ఫలితంగా విభిన్న అల్లికలను కలిగి ఉంటాయి. NGF30 వృద్ధి ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి మేము ఇటీవల ఒక అధ్యయనాన్ని నివేదించాము. వృద్ధి దశలో ఎనియలింగ్ సమయం మరియు ఛాంబర్ ప్రెజర్ వంటి ప్రక్రియ పారామితులు ఏకరీతి మందం కలిగిన NGFలను పొందడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తాయని మేము చూపిస్తాము. ఇక్కడ, నికెల్ ఫాయిల్ (Fig. 1a) యొక్క పాలిష్ చేసిన ఫ్రంట్ (FS) మరియు అన్‌పాలిష్ చేయని వెనుక (BS) ఉపరితలాలపై NGF పెరుగుదలను మేము మరింత పరిశోధించాము. మూడు రకాలైన FS మరియు BS నమూనాలను పరిశీలించారు, అవి టేబుల్ 1లో జాబితా చేయబడ్డాయి. దృశ్య తనిఖీపై, నికెల్ రేకు (NiAG) యొక్క రెండు వైపులా NGF యొక్క ఏకరీతి పెరుగుదల ఒక లక్షణం లోహ వెండి నుండి బల్క్ Ni సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క రంగు మార్పు ద్వారా చూడవచ్చు. బూడిద నుండి మాట్టే బూడిద రంగు (Fig. 1a); మైక్రోస్కోపిక్ కొలతలు నిర్ధారించబడ్డాయి (Fig. 1b, c). FS-NGF యొక్క ఒక సాధారణ రామన్ స్పెక్ట్రమ్ ప్రకాశవంతమైన ప్రాంతంలో గమనించబడింది మరియు మూర్తి 1bలో ఎరుపు, నీలం మరియు నారింజ బాణాల ద్వారా సూచించబడుతుంది మూర్తి 1cలో చూపబడింది. గ్రాఫైట్ G (1683 cm−1) మరియు 2D (2696 cm−1) యొక్క లక్షణ రామన్ శిఖరాలు అత్యంత స్ఫటికాకార NGF (Fig. 1c, టేబుల్ SI1) పెరుగుదలను నిర్ధారిస్తాయి. చిత్రం అంతటా, తీవ్రత నిష్పత్తి (I2D/IG) ~0.3తో రామన్ స్పెక్ట్రా యొక్క ప్రాబల్యం గమనించబడింది, అయితే I2D/IG = 0.8తో రామన్ స్పెక్ట్రా చాలా అరుదుగా గమనించబడింది. మొత్తం చిత్రంలో లోపభూయిష్ట శిఖరాలు (D = 1350 cm-1) లేకపోవడం NGF పెరుగుదల యొక్క అధిక నాణ్యతను సూచిస్తుంది. BS-NGF నమూనాపై ఇలాంటి రామన్ ఫలితాలు పొందబడ్డాయి (మూర్తి SI1 a మరియు b, టేబుల్ SI1).
NiAG FS- మరియు BS-NGF పోలిక: (a) వేఫర్ స్కేల్ (55 cm2) వద్ద NGF వృద్ధిని చూపే సాధారణ NGF (NiAG) నమూనా యొక్క ఫోటోగ్రాఫ్ మరియు ఫలితంగా BS- మరియు FS-Ni రేకు నమూనాలు, (b) FS-NGF ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోప్ ద్వారా పొందిన చిత్రాలు/ Ni, (c) ప్యానెల్ bలో వేర్వేరు స్థానాల్లో రికార్డ్ చేయబడిన సాధారణ రామన్ స్పెక్ట్రా, (d, f) FS-NGF/Niపై వేర్వేరు మాగ్నిఫికేషన్‌లలో SEM చిత్రాలు, (e, g) SEM చిత్రాలు వేర్వేరు మాగ్నిఫికేషన్‌లలో BS -NGF/Niని సెట్ చేస్తుంది. నీలిరంగు బాణం FLG ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది, నారింజ రంగు బాణం MLG ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది (FLG ప్రాంతం సమీపంలో), ఎరుపు బాణం NGF ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది మరియు మెజెంటా బాణం మడతను సూచిస్తుంది.
పెరుగుదల ప్రారంభ ఉపరితలం, క్రిస్టల్ పరిమాణం, ధోరణి మరియు ధాన్యం సరిహద్దుల మందంపై ఆధారపడి ఉంటుంది కాబట్టి, పెద్ద ప్రాంతాలలో NGF మందం యొక్క సహేతుకమైన నియంత్రణను సాధించడం సవాలుగా మిగిలిపోయింది20,34,44. ఈ అధ్యయనం మేము గతంలో ప్రచురించిన కంటెంట్‌ను ఉపయోగించింది30. ఈ ప్రక్రియ 100 µm230కి 0.1 నుండి 3% ప్రకాశవంతమైన ప్రాంతాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. క్రింది విభాగాలలో, మేము రెండు రకాల ప్రాంతాల కోసం ఫలితాలను అందిస్తాము. అధిక మాగ్నిఫికేషన్ SEM చిత్రాలు రెండు వైపులా అనేక ప్రకాశవంతమైన కాంట్రాస్ట్ ప్రాంతాల ఉనికిని చూపుతాయి (Fig. 1f,g), ఇది FLG మరియు MLG ప్రాంతాల ఉనికిని సూచిస్తుంది30,45. ఇది రామన్ స్కాటరింగ్ (Fig. 1c) మరియు TEM ఫలితాలు ("FS-NGF: స్ట్రక్చర్ అండ్ ప్రాపర్టీస్" విభాగంలో తరువాత చర్చించబడింది) ద్వారా కూడా నిర్ధారించబడింది. FS- మరియు BS-NGF/Ni నమూనాలపై గమనించిన FLG మరియు MLG ప్రాంతాలు (Niలో ముందు మరియు వెనుక NGF పెరుగుతాయి) 22,30,45కు ముందు ఏర్పడిన పెద్ద Ni(111) ధాన్యాలపై పెరిగి ఉండవచ్చు. మడత రెండు వైపులా గమనించబడింది (Fig. 1b, ఊదా బాణాలతో గుర్తించబడింది). గ్రాఫైట్ మరియు నికెల్ సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య ఉష్ణ విస్తరణ గుణకంలో పెద్ద వ్యత్యాసం కారణంగా ఈ మడతలు తరచుగా CVD-పెరిగిన గ్రాఫేన్ మరియు గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లలో కనిపిస్తాయి.
AFM చిత్రం FS-NGF నమూనా BS-NGF నమూనా (Figure SI1) (Figure SI2) కంటే చదునుగా ఉందని నిర్ధారించింది. FS-NGF/Ni (Fig. SI2c) మరియు BS-NGF/Ni (Fig. SI2d) యొక్క రూట్ మీన్ స్క్వేర్ (RMS) కరుకుదనం విలువలు వరుసగా 82 మరియు 200 nm (20 × వైశాల్యంలో కొలుస్తారు 20 μm2). అందుకున్న స్థితిలో (మూర్తి SI3) నికెల్ (NiAR) రేకు యొక్క ఉపరితల విశ్లేషణ ఆధారంగా అధిక కరుకుదనాన్ని అర్థం చేసుకోవచ్చు. FS మరియు BS-NiAR యొక్క SEM చిత్రాలు వివిధ ఉపరితల స్వరూపాలను ప్రదర్శిస్తూ SI3a-d గణాంకాలలో చూపబడ్డాయి: పాలిష్ చేసిన FS-Ni రేకు నానో- మరియు మైక్రాన్-పరిమాణ గోళాకార కణాలను కలిగి ఉంటుంది, అయితే పాలిష్ చేయని BS-Ni రేకు ఉత్పత్తి నిచ్చెనను ప్రదర్శిస్తుంది. అధిక బలం కలిగిన కణాలుగా. మరియు క్షీణత. ఎనియల్డ్ నికెల్ ఫాయిల్ (NiA) యొక్క తక్కువ మరియు అధిక రిజల్యూషన్ చిత్రాలు మూర్తి SI3e-hలో చూపబడ్డాయి. ఈ బొమ్మలలో, నికెల్ రేకు (Fig. SI3e-h)కి రెండు వైపులా అనేక మైక్రాన్-పరిమాణ నికెల్ రేణువుల ఉనికిని మనం గమనించవచ్చు. గతంలో నివేదించిన 30,46 ప్రకారం పెద్ద ధాన్యాలు Ni(111) ఉపరితల విన్యాసాన్ని కలిగి ఉండవచ్చు. FS-NiA మరియు BS-NiA మధ్య నికెల్ ఫాయిల్ పదనిర్మాణంలో ముఖ్యమైన తేడాలు ఉన్నాయి. BS-NGF/Ni యొక్క అధిక కరుకుదనం BS-NiAR యొక్క పాలిష్ చేయని ఉపరితలం కారణంగా ఉంది, దీని ఉపరితలం ఎనియలింగ్ తర్వాత కూడా గణనీయంగా గరుకుగా ఉంటుంది (మూర్తి SI3). వృద్ధి ప్రక్రియకు ముందు ఈ రకమైన ఉపరితల లక్షణం గ్రాఫేన్ మరియు గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల కరుకుదనాన్ని నియంత్రించడానికి అనుమతిస్తుంది. గ్రాఫేన్ పెరుగుదల సమయంలో అసలు ఉపరితలం కొంత ధాన్యం పునర్వ్యవస్థీకరణకు గురైందని గమనించాలి, ఇది ఎనియల్డ్ ఫాయిల్ మరియు ఉత్ప్రేరకం ఫిల్మ్ 22తో పోలిస్తే ధాన్యం పరిమాణాన్ని కొద్దిగా తగ్గించింది మరియు ఉపరితలం యొక్క ఉపరితల కరుకుదనాన్ని కొంతవరకు పెంచింది.
సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితల కరుకుదనం, ఎనియలింగ్ సమయం (ధాన్యం పరిమాణం)30,47 మరియు విడుదల నియంత్రణ 43ని చక్కగా ట్యూన్ చేయడం ద్వారా ప్రాంతీయ NGF మందం ఏకరూపతను µm2 మరియు/లేదా nm2 స్కేల్‌కు తగ్గించడంలో సహాయపడుతుంది (అంటే, కొన్ని నానోమీటర్ల మందం వైవిధ్యాలు). ఉపరితలం యొక్క ఉపరితల కరుకుదనాన్ని నియంత్రించడానికి, ఫలితంగా వచ్చే నికెల్ రేకు యొక్క ఎలెక్ట్రోలైటిక్ పాలిషింగ్ వంటి పద్ధతులను పరిగణించవచ్చు. పెద్ద Ni(111) ధాన్యాలు (FLG పెరుగుదలకు ఇది ప్రయోజనకరం) ఏర్పడకుండా నివారించడానికి ముందుగా శుద్ధి చేయబడిన నికెల్ రేకును తక్కువ ఉష్ణోగ్రత (<900 °C) 46 మరియు సమయం (<5 నిమిషాలు) వద్ద అనీల్ చేయవచ్చు.
SLG మరియు FLG గ్రాఫేన్ ఆమ్లాలు మరియు నీటి ఉపరితల ఉద్రిక్తతను తట్టుకోలేవు, తడి రసాయన బదిలీ ప్రక్రియల సమయంలో యాంత్రిక మద్దతు పొరలు అవసరం22,34,38. పాలిమర్-మద్దతు ఉన్న సింగిల్-లేయర్ గ్రాఫేన్ 38 యొక్క తడి రసాయన బదిలీకి విరుద్ధంగా, మూర్తి 2aలో చూపిన విధంగా, పెరిగిన NGF యొక్క రెండు వైపులా పాలిమర్ మద్దతు లేకుండా బదిలీ చేయవచ్చని మేము కనుగొన్నాము (మరిన్ని వివరాల కోసం Figure SI4a చూడండి). ఇచ్చిన సబ్‌స్ట్రేట్‌కు NGF బదిలీ అనేది అంతర్లీనంగా ఉన్న Ni30.49 ఫిల్మ్‌ని తడి ఎచింగ్‌తో ప్రారంభమవుతుంది. పెరిగిన NGF/Ni/NGF నమూనాలను రాత్రిపూట 15 mL 70% HNO3లో 600 mL డీయోనైజ్డ్ (DI) నీటితో కరిగించారు. Ni రేకు పూర్తిగా కరిగిపోయిన తర్వాత, FS-NGF ఫ్లాట్‌గా ఉంటుంది మరియు NGF/Ni/NGF నమూనా వలె ద్రవ ఉపరితలంపై తేలుతుంది, అయితే BS-NGF నీటిలో మునిగిపోతుంది (Fig. 2a,b). వివిక్త NGF తర్వాత తాజా డీయోనైజ్డ్ నీటిని కలిగి ఉన్న ఒక బీకర్ నుండి మరొక బీకర్‌కు బదిలీ చేయబడింది మరియు వివిక్త NGF పూర్తిగా కడుగుతారు, పుటాకార గాజు వంటకం ద్వారా నాలుగు నుండి ఆరు సార్లు పునరావృతమవుతుంది. చివరగా, FS-NGF మరియు BS-NGF కావలసిన ఉపరితలంపై ఉంచబడ్డాయి (Fig. 2c).
నికెల్ రేకుపై పెరిగిన NGF కోసం పాలిమర్-రహిత తడి రసాయన బదిలీ ప్రక్రియ: (a) ప్రక్రియ ప్రవాహ రేఖాచిత్రం (మరిన్ని వివరాల కోసం Figure SI4 చూడండి), (b) Ni ఎచింగ్ తర్వాత వేరు చేయబడిన NGF యొక్క డిజిటల్ ఫోటో (2 నమూనాలు), (c) ఉదాహరణ FS – మరియు SiO2/Si సబ్‌స్ట్రేట్‌కు BS-NGF బదిలీ, (d) అపారదర్శక పాలిమర్ సబ్‌స్ట్రేట్‌కు FS-NGF బదిలీ, (e) BS-NGF అదే నమూనా నుండి ప్యానెల్ d (రెండు భాగాలుగా విభజించబడింది), బంగారు పూత పూసిన C పేపర్‌కి బదిలీ చేయబడుతుంది మరియు నాఫియాన్ (అనువైన పారదర్శక ఉపరితలం, అంచులు ఎరుపు మూలలతో గుర్తించబడ్డాయి).
తడి రసాయన బదిలీ పద్ధతులను ఉపయోగించి నిర్వహించే SLG బదిలీకి మొత్తం 20-24 గంటలు 38 ప్రాసెసింగ్ సమయం అవసరమని గమనించండి. ఇక్కడ ప్రదర్శించబడిన పాలిమర్-రహిత బదిలీ సాంకేతికతతో (Figure SI4a), మొత్తం NGF బదిలీ ప్రాసెసింగ్ సమయం గణనీయంగా తగ్గింది (సుమారు 15 గంటలు). ప్రక్రియ వీటిని కలిగి ఉంటుంది: (స్టెప్ 1) ఒక ఎచింగ్ సొల్యూషన్‌ను సిద్ధం చేసి, దానిలో నమూనాను ఉంచండి (~10 నిమిషాలు), ఆపై ని ఎచింగ్ కోసం రాత్రిపూట వేచి ఉండండి (~7200 నిమిషాలు), (దశ 2) డీయోనైజ్డ్ నీటితో శుభ్రం చేసుకోండి (స్టెప్ - 3) . డీయోనైజ్డ్ నీటిలో నిల్వ చేయండి లేదా టార్గెట్ సబ్‌స్ట్రేట్‌కి బదిలీ చేయండి (20 నిమిషాలు). NGF మరియు బల్క్ మ్యాట్రిక్స్ మధ్య చిక్కుకున్న నీరు కేశనాళిక చర్య (బ్లాటింగ్ పేపర్ ఉపయోగించి) 38 ద్వారా తొలగించబడుతుంది, తర్వాత మిగిలిన నీటి బిందువులు సహజ ఎండబెట్టడం ద్వారా తొలగించబడతాయి (సుమారు 30 నిమిషాలు), మరియు చివరగా నమూనా 10 నిమిషాలు ఎండబెట్టబడుతుంది. 50-90 °C (60 నిమి) వద్ద వాక్యూమ్ ఓవెన్‌లో (10–1 mbar) 38.
గ్రాఫైట్ చాలా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (≥ 200 °C)50,51,52 వద్ద నీరు మరియు గాలి ఉనికిని తట్టుకుంటుంది. మేము రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, SEM మరియు XRD ఉపయోగించి నమూనాలను గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద డీయోనైజ్డ్ నీటిలో నిల్వ చేసిన తర్వాత మరియు కొన్ని రోజుల నుండి ఒక సంవత్సరం వరకు ఎక్కడైనా మూసివేసిన సీసాలలో పరీక్షించాము (మూర్తి SI4). గుర్తించదగిన క్షీణత లేదు. మూర్తి 2c డీయోనైజ్డ్ నీటిలో ఫ్రీ-స్టాండింగ్ FS-NGF మరియు BS-NGF చూపిస్తుంది. మూర్తి 2c ప్రారంభంలో చూపిన విధంగా మేము వాటిని SiO2 (300 nm)/Si సబ్‌స్ట్రేట్‌లో సంగ్రహించాము. అదనంగా, Figure 2d,eలో చూపినట్లుగా, నిరంతర NGFని పాలిమర్‌లు (Nexolve మరియు Nafion నుండి Thermabright పాలిమైడ్) మరియు బంగారు పూతతో కూడిన కార్బన్ పేపర్ వంటి వివిధ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు బదిలీ చేయవచ్చు. తేలియాడే FS-NGF లక్ష్య ఉపరితలంపై సులభంగా ఉంచబడింది (Fig. 2c, d). అయినప్పటికీ, 3 cm2 కంటే పెద్ద BS-NGF నమూనాలు పూర్తిగా నీటిలో మునిగిపోయినప్పుడు నిర్వహించడం కష్టం. సాధారణంగా, అవి నీటిలో చుట్టడం ప్రారంభించినప్పుడు, అజాగ్రత్త నిర్వహణ కారణంగా అవి కొన్నిసార్లు రెండు లేదా మూడు భాగాలుగా విరిగిపోతాయి (Fig. 2e). మొత్తంమీద, మేము వరుసగా 6 మరియు 3 cm2 విస్తీర్ణంలో ఉన్న నమూనాల కోసం PS- మరియు BS-NGF (6 cm2 వద్ద NGF/Ni/NGF పెరుగుదల లేకుండా నిరంతర అతుకులు లేని బదిలీ) యొక్క పాలిమర్-రహిత బదిలీని సాధించగలిగాము. ఏదైనా మిగిలిన పెద్ద లేదా చిన్న ముక్కలు కావలసిన ఉపరితలంపై (ఎచింగ్ ద్రావణంలో లేదా డీయోనైజ్డ్ నీటిలో సులభంగా చూడవచ్చు) (~1 mm2, Figure SI4b, "FS-NGF: స్ట్రక్చర్ అండ్ ప్రాపర్టీస్ (చర్చించబడింది) వలె రాగి గ్రిడ్‌కి బదిలీ చేయబడిన నమూనాను చూడండి. "నిర్మాణం మరియు లక్షణాలు" కింద) లేదా భవిష్యత్తు ఉపయోగం కోసం నిల్వ చేయండి (మూర్తి SI4). ఈ ప్రమాణం ఆధారంగా, NGF 98-99% వరకు (బదిలీ కోసం వృద్ధి తర్వాత) దిగుబడిలో తిరిగి పొందవచ్చని మేము అంచనా వేస్తున్నాము.
పాలిమర్ లేకుండా బదిలీ నమూనాలను వివరంగా విశ్లేషించారు. ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీ (OM) మరియు SEM చిత్రాలు (Fig. SI5 మరియు Fig. 3) ఉపయోగించి FS- మరియు BS-NGF/SiO2/Si (Fig. 2c) పై పొందిన ఉపరితల స్వరూప లక్షణాలు ఈ నమూనాలను మైక్రోస్కోపీ లేకుండా బదిలీ చేసినట్లు చూపించాయి. పగుళ్లు, రంధ్రాలు లేదా అన్‌రోల్ చేయని ప్రాంతాలు వంటి కనిపించే నిర్మాణ నష్టం. పెరుగుతున్న NGFపై మడతలు (Fig. 3b, d, ఊదా రంగు బాణాలతో గుర్తించబడ్డాయి) బదిలీ తర్వాత చెక్కుచెదరకుండా ఉన్నాయి. FS- మరియు BS-NGFలు రెండూ FLG ప్రాంతాలతో కూడి ఉంటాయి (చిత్రం 3లో నీలి బాణాలచే సూచించబడిన ప్రకాశవంతమైన ప్రాంతాలు). ఆశ్చర్యకరంగా, అల్ట్రాథిన్ గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల పాలిమర్ బదిలీ సమయంలో సాధారణంగా గమనించిన కొన్ని దెబ్బతిన్న ప్రాంతాలకు భిన్నంగా, NGFకి కనెక్ట్ అయ్యే అనేక మైక్రాన్-పరిమాణ FLG మరియు MLG ప్రాంతాలు (మూర్తి 3dలో నీలి బాణాలతో గుర్తించబడ్డాయి) పగుళ్లు లేదా విరామాలు లేకుండా బదిలీ చేయబడ్డాయి (మూర్తి 3d) . 3) . తరువాత చర్చించినట్లుగా (“FS-NGF: స్ట్రక్చర్ అండ్ ప్రాపర్టీస్”) లేస్-కార్బన్ కాపర్ గ్రిడ్‌లకు బదిలీ చేయబడిన NGF యొక్క TEM మరియు SEM చిత్రాలను ఉపయోగించి యాంత్రిక సమగ్రత మరింత ధృవీకరించబడింది. బదిలీ చేయబడిన BS-NGF/SiO2/Si Figure SI6a మరియు b (20 × 20 μm2)లో చూపిన విధంగా వరుసగా 140 nm మరియు 17 nm rms విలువలతో FS-NGF/SiO2/Si కంటే కఠినమైనది. SiO2/Si సబ్‌స్ట్రేట్ (RMS <2 nm)కి బదిలీ చేయబడిన NGF యొక్క RMS విలువ Ni (Figure SI2)లో పెరిగిన NGF కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంది (సుమారు 3 రెట్లు), అదనపు కరుకుదనం Ni ఉపరితలానికి అనుగుణంగా ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది. అదనంగా, FS- మరియు BS-NGF/SiO2/Si నమూనాల అంచులలో ప్రదర్శించబడిన AFM చిత్రాలు వరుసగా 100 మరియు 80 nm NGF మందాన్ని చూపించాయి (Fig. SI7). BS-NGF యొక్క చిన్న మందం ఉపరితలం నేరుగా పూర్వగామి వాయువుకు బహిర్గతం కాకపోవడం వల్ల కావచ్చు.
SiO2/Si పొరపై పాలిమర్ లేకుండా బదిలీ చేయబడిన NGF (NiAG) (Figure 2c చూడండి): (a,b) బదిలీ చేయబడిన FS-NGF యొక్క SEM చిత్రాలు: తక్కువ మరియు అధిక మాగ్నిఫికేషన్ (ప్యానెల్‌లోని నారింజ చతురస్రానికి అనుగుణంగా). సాధారణ ప్రాంతాలు) - a). (c,d) బదిలీ చేయబడిన BS-NGF యొక్క SEM చిత్రాలు: తక్కువ మరియు అధిక మాగ్నిఫికేషన్ (ప్యానెల్ cలో నారింజ చతురస్రం చూపిన సాధారణ ప్రాంతానికి అనుగుణంగా). (e, f) బదిలీ చేయబడిన FS- మరియు BS-NGFల AFM చిత్రాలు. నీలం బాణం FLG ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది - ప్రకాశవంతమైన కాంట్రాస్ట్, సియాన్ బాణం - నలుపు MLG కాంట్రాస్ట్, ఎరుపు బాణం - నలుపు కాంట్రాస్ట్ NGF ప్రాంతాన్ని సూచిస్తుంది, మెజెంటా బాణం మడతను సూచిస్తుంది.
పెరిగిన మరియు బదిలీ చేయబడిన FS- మరియు BS-NGFల యొక్క రసాయన కూర్పును ఎక్స్-రే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XPS) (Fig. 4) ద్వారా విశ్లేషించారు. పెరిగిన FS- మరియు BS-NGFs (NiAG) యొక్క Ni సబ్‌స్ట్రేట్ (850 eV)కి అనుగుణంగా కొలిచిన స్పెక్ట్రా (Fig. 4a, b)లో బలహీనమైన శిఖరం గమనించబడింది. బదిలీ చేయబడిన FS- మరియు BS-NGF/SiO2/Si యొక్క కొలిచిన స్పెక్ట్రాలో శిఖరాలు లేవు (Fig. 4c; BS-NGF/SiO2/Si కోసం సారూప్య ఫలితాలు చూపబడలేదు), బదిలీ తర్వాత అవశేష Ni కాలుష్యం లేదని సూచిస్తుంది . గణాంకాలు 4d-f FS-NGF/SiO2/Si యొక్క C 1 s, O 1 s మరియు Si 2p శక్తి స్థాయిల యొక్క అధిక-రిజల్యూషన్ స్పెక్ట్రాను చూపుతాయి. గ్రాఫైట్ యొక్క C 1 s యొక్క బైండింగ్ శక్తి 284.4 eV53.54. మూర్తి 4d54లో చూపిన విధంగా గ్రాఫైట్ శిఖరాల యొక్క సరళ ఆకారం సాధారణంగా అసమానంగా పరిగణించబడుతుంది. అధిక-రిజల్యూషన్ కోర్-లెవల్ C 1 s స్పెక్ట్రం (Fig. 4d) కూడా స్వచ్ఛమైన బదిలీని నిర్ధారించింది (అంటే, పాలిమర్ అవశేషాలు లేవు), ఇది మునుపటి అధ్యయనాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది38. తాజాగా పెరిగిన నమూనా (NiAG) యొక్క C 1 s స్పెక్ట్రా యొక్క లైన్‌విడ్త్‌లు మరియు బదిలీ తర్వాత వరుసగా 0.55 మరియు 0.62 eV. ఈ విలువలు SLG కంటే ఎక్కువగా ఉన్నాయి (SiO2 సబ్‌స్ట్రేట్‌లో SLG కోసం 0.49 eV)38. అయినప్పటికీ, ఈ విలువలు అధిక ఆధారిత పైరోలైటిక్ గ్రాఫేన్ నమూనాల (~0.75 eV)53,54,55 కోసం గతంలో నివేదించబడిన లైన్‌విడ్త్‌ల కంటే తక్కువగా ఉన్నాయి, ఇది ప్రస్తుత పదార్థంలో లోపభూయిష్ట కార్బన్ సైట్‌లు లేకపోవడాన్ని సూచిస్తుంది. C 1 s మరియు O 1 s గ్రౌండ్ లెవెల్ స్పెక్ట్రాలో కూడా భుజాలు లేవు, అధిక రిజల్యూషన్ పీక్ డీకాన్వల్యూషన్ అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది. 291.1 eV చుట్టూ π → π* ఉపగ్రహ శిఖరం ఉంది, ఇది తరచుగా గ్రాఫైట్ నమూనాలలో గమనించబడుతుంది. Si 2p మరియు O 1 s కోర్ లెవల్ స్పెక్ట్రాలోని 103 eV మరియు 532.5 eV సిగ్నల్‌లు (Fig. 4e, f చూడండి) వరుసగా SiO2 56 సబ్‌స్ట్రేట్‌కు ఆపాదించబడ్డాయి. XPS అనేది ఉపరితల-సెన్సిటివ్ టెక్నిక్, కాబట్టి NGF బదిలీకి ముందు మరియు తర్వాత కనుగొనబడిన Ni మరియు SiO2కి సంబంధించిన సంకేతాలు వరుసగా FLG ప్రాంతం నుండి ఉద్భవించాయని భావించబడుతుంది. బదిలీ చేయబడిన BS-NGF నమూనాల కోసం ఇలాంటి ఫలితాలు గమనించబడ్డాయి (చూపబడలేదు).
NiAG XPS ఫలితాలు: (ac) వరుసగా పెరిగిన FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni మరియు బదిలీ చేయబడిన FS-NGF/SiO2/Si యొక్క వివిధ మూలక పరమాణు కూర్పుల యొక్క సర్వే స్పెక్ట్రా. (d-f) FS-NGF/SiO2/Si నమూనా యొక్క కోర్ స్థాయిలు C 1 s, O 1s మరియు Si 2p యొక్క హై-రిజల్యూషన్ స్పెక్ట్రా.
బదిలీ చేయబడిన NGF స్ఫటికాల యొక్క మొత్తం నాణ్యత X- రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD) ఉపయోగించి అంచనా వేయబడింది. బదిలీ చేయబడిన FS- మరియు BS-NGF/SiO2/Si యొక్క సాధారణ XRD నమూనాలు (Fig. SI8) గ్రాఫైట్ మాదిరిగానే 26.6° మరియు 54.7° వద్ద డిఫ్రాక్షన్ పీక్స్ (0 0 0 2) మరియు (0 0 0 4) ఉనికిని చూపుతాయి. . ఇది NGF యొక్క అధిక స్ఫటికాకార నాణ్యతను నిర్ధారిస్తుంది మరియు d = 0.335 nm యొక్క ఇంటర్లేయర్ దూరానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇది బదిలీ దశ తర్వాత నిర్వహించబడుతుంది. డిఫ్రాక్షన్ పీక్ (0 0 0 2) యొక్క తీవ్రత డిఫ్రాక్షన్ పీక్ (0 0 0 4) కంటే దాదాపు 30 రెట్లు ఎక్కువ, ఇది NGF క్రిస్టల్ ప్లేన్ నమూనా ఉపరితలంతో బాగా సమలేఖనం చేయబడిందని సూచిస్తుంది.
SEM, రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, XPS మరియు XRD ఫలితాల ప్రకారం, BS-NGF/Ni నాణ్యత FS-NGF/Ni మాదిరిగానే ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది, అయినప్పటికీ దాని rms కరుకుదనం కొంచెం ఎక్కువగా ఉంది (గణాంకాలు SI2, SI5) మరియు SI7).
200 nm వరకు మందపాటి పాలిమర్ సపోర్ట్ లేయర్‌లు కలిగిన SLGలు నీటిపై తేలుతాయి. ఈ సెటప్ సాధారణంగా పాలిమర్-సహాయక తడి రసాయన బదిలీ ప్రక్రియలలో ఉపయోగించబడుతుంది22,38. గ్రాఫేన్ మరియు గ్రాఫైట్ హైడ్రోఫోబిక్ (తడి కోణం 80–90°) 57 . గ్రాఫేన్ మరియు FLG రెండింటి యొక్క సంభావ్య శక్తి ఉపరితలాలు చాలా ఫ్లాట్‌గా నివేదించబడ్డాయి, ఉపరితలం వద్ద నీటి పార్శ్వ కదలికకు తక్కువ సంభావ్య శక్తి (~1 kJ/mol) ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, గ్రాఫేన్ మరియు గ్రాఫేన్ యొక్క మూడు పొరలతో నీటి యొక్క లెక్కించబడిన పరస్పర శక్తులు వరుసగా సుమారు − 13 మరియు − 15 kJ/mol,58, గ్రాఫేన్‌తో పోలిస్తే NGF (సుమారు 300 పొరలు)తో నీటి పరస్పర చర్య తక్కువగా ఉందని సూచిస్తుంది. ఫ్రీస్టాండింగ్ NGF నీటి ఉపరితలంపై ఫ్లాట్‌గా ఉండటానికి ఇది ఒక కారణం కావచ్చు, అయితే ఫ్రీస్టాండింగ్ గ్రాఫేన్ (ఇది నీటిలో తేలుతుంది) వంకరగా మరియు విచ్ఛిన్నమవుతుంది. NGF పూర్తిగా నీటిలో మునిగిపోయినప్పుడు (రఫ్ మరియు ఫ్లాట్ NGF కోసం ఫలితాలు ఒకే విధంగా ఉంటాయి), దాని అంచులు వంగి ఉంటాయి (Figure SI4). పూర్తి ఇమ్మర్షన్ విషయంలో, NGF-వాటర్ ఇంటరాక్షన్ ఎనర్జీ దాదాపు రెట్టింపు అవుతుందని (ఫ్లోటింగ్ NGFతో పోలిస్తే) మరియు NGF అంచులు అధిక కాంటాక్ట్ యాంగిల్‌ను (హైడ్రోఫోబిసిటీ) నిర్వహించడానికి మడవగలవని భావిస్తున్నారు. ఎంబెడెడ్ NGFల అంచుల కర్లింగ్‌ను నివారించడానికి వ్యూహాలను అభివృద్ధి చేయవచ్చని మేము విశ్వసిస్తున్నాము. గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్59 యొక్క చెమ్మగిల్లడం ప్రతిచర్యను మాడ్యులేట్ చేయడానికి మిశ్రమ ద్రావణాలను ఉపయోగించడం ఒక విధానం.
తడి రసాయన బదిలీ ప్రక్రియల ద్వారా SLGని వివిధ రకాల సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు బదిలీ చేయడం గతంలో నివేదించబడింది. గ్రాఫేన్/గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లు మరియు సబ్‌స్ట్రేట్‌ల మధ్య బలహీనమైన వాన్ డెర్ వాల్స్ శక్తులు ఉన్నాయని సాధారణంగా అంగీకరించబడింది (అది SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si పిల్లర్లు22 మరియు లాసీ కార్బన్ ఫిల్మ్‌లు30, 34 లేదా ఫ్లెక్సిబుల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల వంటి దృఢమైన సబ్‌స్ట్రేట్‌లు కావచ్చు. పాలిమైడ్ 37). ఇక్కడ మేము ఒకే రకమైన పరస్పర చర్యలు ఎక్కువగా ఉంటాయని ఊహిస్తాము. మెకానికల్ హ్యాండ్లింగ్ సమయంలో (వాక్యూమ్ మరియు/లేదా వాతావరణ పరిస్థితులలో లేదా నిల్వ సమయంలో క్యారెక్టరైజేషన్ సమయంలో) (ఉదా, మూర్తి 2, SI7 మరియు SI9) ఇక్కడ అందించిన సబ్‌స్ట్రేట్‌లలో దేనికైనా NGF నష్టం లేదా పీలింగ్‌ను మేము గమనించలేదు. అదనంగా, మేము NGF/SiO2/Si నమూనా (Fig. 4) యొక్క కోర్ స్థాయి XPS C 1 s స్పెక్ట్రమ్‌లో SiC శిఖరాన్ని గమనించలేదు. ఈ ఫలితాలు NGF మరియు టార్గెట్ సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య రసాయన బంధం లేదని సూచిస్తున్నాయి.
మునుపటి విభాగంలో, "FS- మరియు BS-NGF యొక్క పాలిమర్-రహిత బదిలీ," మేము నికెల్ రేకు యొక్క రెండు వైపులా NGF పెరుగుతుందని మరియు బదిలీ చేయగలదని మేము ప్రదర్శించాము. ఈ FS-NGFలు మరియు BS-NGFలు ఉపరితల కరుకుదనం పరంగా ఒకేలా ఉండవు, ఇది ప్రతి రకానికి అత్యంత అనుకూలమైన అప్లికేషన్‌లను అన్వేషించడానికి మమ్మల్ని ప్రేరేపించింది.
FS-NGF యొక్క పారదర్శకత మరియు మృదువైన ఉపరితలాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుని, మేము దాని స్థానిక నిర్మాణం, ఆప్టికల్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ లక్షణాలను మరింత వివరంగా అధ్యయనం చేసాము. పాలిమర్ బదిలీ లేకుండా FS-NGF యొక్క నిర్మాణం మరియు నిర్మాణం ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (TEM) ఇమేజింగ్ మరియు ఎంచుకున్న ఏరియా ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ (SAED) నమూనా విశ్లేషణ ద్వారా వర్గీకరించబడింది. సంబంధిత ఫలితాలు మూర్తి 5లో చూపబడ్డాయి. తక్కువ మాగ్నిఫికేషన్ ప్లానర్ TEM ఇమేజింగ్ వివిధ ఎలక్ట్రాన్ కాంట్రాస్ట్ లక్షణాలతో NGF మరియు FLG ప్రాంతాల ఉనికిని వెల్లడించింది, అనగా వరుసగా ముదురు మరియు ప్రకాశవంతమైన ప్రాంతాలు (Fig. 5a). చలన చిత్రం మొత్తం NGF మరియు FLG యొక్క వివిధ ప్రాంతాల మధ్య మంచి యాంత్రిక సమగ్రతను మరియు స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, మంచి అతివ్యాప్తి మరియు నష్టం లేదా చిరిగిపోవడం లేదు, ఇది SEM (Figure 3) మరియు అధిక మాగ్నిఫికేషన్ TEM అధ్యయనాలు (Figure 5c-e) ద్వారా కూడా నిర్ధారించబడింది. ప్రత్యేకించి, అంజీర్‌లో Figure 5d వంతెన నిర్మాణాన్ని దాని అతిపెద్ద భాగంలో చూపిస్తుంది (మూర్తి 5dలో నల్ల చుక్కల బాణంతో గుర్తించబడిన స్థానం), ఇది త్రిభుజాకార ఆకారంతో వర్గీకరించబడుతుంది మరియు దాదాపు 51 వెడల్పుతో గ్రాఫేన్ పొరను కలిగి ఉంటుంది. 0.33 ± 0.01 nm ఇంటర్‌ప్లానార్ స్పేసింగ్‌తో కూడిన కంపోజిషన్ మరింత ఇరుకైన ప్రాంతంలో గ్రాఫేన్ యొక్క అనేక పొరలకు తగ్గించబడింది (మూర్తి 5 d లోని ఘన నల్ల బాణం ముగింపు).
కార్బన్ లాసీ కాపర్ గ్రిడ్‌పై పాలిమర్-రహిత NiAG నమూనా యొక్క ప్లానర్ TEM చిత్రం: (a, b) NGF మరియు FLG ప్రాంతాలతో సహా తక్కువ మాగ్నిఫికేషన్ TEM చిత్రాలు, (ce) ప్యానెల్-a మరియు ప్యానెల్-bలోని వివిధ ప్రాంతాల యొక్క అధిక మాగ్నిఫికేషన్ చిత్రాలు అదే రంగు యొక్క బాణాలు గుర్తించబడ్డాయి. A మరియు c ప్యానెల్‌లలోని ఆకుపచ్చ బాణాలు పుంజం అమరిక సమయంలో దెబ్బతిన్న వృత్తాకార ప్రాంతాలను సూచిస్తాయి. (f-i) ప్యానెల్‌లలో a నుండి c వరకు, వివిధ ప్రాంతాలలో SAED నమూనాలు వరుసగా నీలం, నీలవర్ణం, నారింజ మరియు ఎరుపు వృత్తాల ద్వారా సూచించబడతాయి.
మూర్తి 5cలోని రిబ్బన్ నిర్మాణం గ్రాఫైట్ లాటిస్ ప్లేన్‌ల యొక్క నిలువు విన్యాసాన్ని చూపిస్తుంది (ఎరుపు బాణంతో గుర్తించబడింది), ఇది అదనపు నష్టపరిహారం లేని కోత ఒత్తిడి కారణంగా ఫిల్మ్‌తో పాటు నానోఫోల్డ్‌లు ఏర్పడటం (మూర్తి 5 సిలో ఇన్‌సెట్) వల్ల కావచ్చు. . అధిక-రిజల్యూషన్ TEM కింద, ఈ నానోఫోల్డ్‌లు 30 మిగిలిన NGF ప్రాంతం కంటే భిన్నమైన స్ఫటికాకార ధోరణిని ప్రదర్శిస్తాయి; గ్రాఫైట్ లాటిస్ యొక్క బేసల్ ప్లేన్‌లు మిగిలిన చలనచిత్రం వలె అడ్డంగా కాకుండా దాదాపు నిలువుగా ఉంటాయి (మూర్తి 5cలో ఇన్‌సెట్). అదేవిధంగా, FLG ప్రాంతం అప్పుడప్పుడు సరళ మరియు ఇరుకైన బ్యాండ్ లాంటి మడతలను ప్రదర్శిస్తుంది (నీలి బాణాలతో గుర్తించబడింది), ఇవి వరుసగా గణాంకాలు 5b, 5eలో తక్కువ మరియు మధ్యస్థ మాగ్నిఫికేషన్‌లో కనిపిస్తాయి. FLG సెక్టార్‌లో (ఇంటర్‌ప్లానార్ దూరం 0.33 ± 0.01 nm) రెండు మరియు మూడు పొరల గ్రాఫేన్ పొరల ఉనికిని మూర్తి 5eలోని ఇన్‌సెట్ నిర్ధారిస్తుంది, ఇది మా మునుపటి ఫలితాలతో మంచి ఒప్పందంలో ఉంది30. అదనంగా, లాసీ కార్బన్ ఫిల్మ్‌లతో కాపర్ గ్రిడ్‌లకు బదిలీ చేయబడిన పాలిమర్-రహిత NGF యొక్క రికార్డ్ చేయబడిన SEM చిత్రాలు (టాప్-వ్యూ TEM కొలతలను ప్రదర్శించిన తర్వాత) మూర్తి SI9లో చూపబడ్డాయి. బాగా సస్పెండ్ చేయబడిన FLG ప్రాంతం (నీలి బాణంతో గుర్తించబడింది) మరియు మూర్తి SI9fలో విరిగిన ప్రాంతం. నీలి బాణం (బదిలీ చేయబడిన NGF అంచున) ఉద్దేశపూర్వకంగా FLG ప్రాంతం పాలిమర్ లేకుండా బదిలీ ప్రక్రియను నిరోధించగలదని నిరూపించడానికి ప్రదర్శించబడుతుంది. సారాంశంలో, TEM మరియు SEM కొలతల సమయంలో కఠినమైన నిర్వహణ మరియు అధిక శూన్యతను బహిర్గతం చేసిన తర్వాత కూడా పాక్షికంగా సస్పెండ్ చేయబడిన NGF (FLG ప్రాంతంతో సహా) యాంత్రిక సమగ్రతను నిర్వహిస్తుందని ఈ చిత్రాలు నిర్ధారిస్తాయి (మూర్తి SI9).
NGF యొక్క అద్భుతమైన ఫ్లాట్‌నెస్ కారణంగా (మూర్తి 5a చూడండి), SAED నిర్మాణాన్ని విశ్లేషించడానికి [0001] డొమైన్ అక్షం వెంట రేకులను ఓరియంట్ చేయడం కష్టం కాదు. చలనచిత్రం యొక్క స్థానిక మందం మరియు దాని స్థానం ఆధారంగా, ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ అధ్యయనాల కోసం ఆసక్తి ఉన్న అనేక ప్రాంతాలు (12 పాయింట్లు) గుర్తించబడ్డాయి. గణాంకాలు 5a-cలో, ఈ సాధారణ ప్రాంతాలలో నాలుగు చూపబడ్డాయి మరియు రంగుల వృత్తాలు (నీలం, నీలం, నారింజ మరియు ఎరుపు కోడెడ్)తో గుర్తించబడ్డాయి. SAED మోడ్ కోసం గణాంకాలు 2 మరియు 3. గణాంకాలు 5 మరియు 5లో చూపిన FLG ప్రాంతం నుండి గణాంకాలు 5f మరియు g పొందబడ్డాయి. వరుసగా గణాంకాలు 5b మరియు cలో చూపిన విధంగా. అవి ట్విస్టెడ్ గ్రాఫేన్63 మాదిరిగానే షట్కోణ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ప్రత్యేకించి, మూర్తి 5f మూడు జతల (10-10) ప్రతిబింబాల కోణీయ అసమతుల్యతకు రుజువుగా, 10° మరియు 20°లచే తిప్పబడిన [0001] జోన్ అక్షం యొక్క అదే ధోరణితో మూడు సూపర్‌పోజ్డ్ నమూనాలను చూపిస్తుంది. అదేవిధంగా, మూర్తి 5g 20° ద్వారా తిప్పబడిన రెండు సూపర్‌పోజ్డ్ షట్కోణ నమూనాలను చూపిస్తుంది. FLG ప్రాంతంలో షట్కోణ నమూనాల యొక్క రెండు లేదా మూడు సమూహాలు ఒకదానికొకటి సాపేక్షంగా తిప్పబడిన మూడు విమానంలో లేదా విమానం వెలుపల గ్రాఫేన్ పొరల నుండి ఉత్పన్నమవుతాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, Figure 5h,i (Figure 5aలో చూపిన NGF ప్రాంతానికి అనుగుణంగా)లోని ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలు ఎక్కువ మెటీరియల్ మందానికి అనుగుణంగా మొత్తం అధిక పాయింట్ డిఫ్రాక్షన్ తీవ్రతతో ఒకే [0001] నమూనాను చూపుతాయి. ఈ SAED నమూనాలు FLG కంటే మందమైన గ్రాఫిటిక్ నిర్మాణం మరియు ఇంటర్మీడియట్ విన్యాసానికి అనుగుణంగా ఉంటాయి, సూచిక 64 నుండి ఊహించినట్లు. NGF యొక్క స్ఫటికాకార లక్షణాల లక్షణం రెండు లేదా మూడు సూపర్‌మోస్డ్ గ్రాఫైట్ (లేదా గ్రాఫేన్) స్ఫటికాల సహజీవనాన్ని వెల్లడించింది. FLG ప్రాంతంలో ప్రత్యేకంగా చెప్పుకోదగ్గ విషయం ఏమిటంటే, స్ఫటికాలు ఒక నిర్దిష్ట స్థాయిలో విమానంలో లేదా విమానం వెలుపల తప్పుదోవ పట్టించాయి. Ni 64 ఫిల్మ్‌లపై పెరిగిన NGF కోసం 17°, 22° మరియు 25° యొక్క విమానంలో భ్రమణ కోణాలతో గ్రాఫైట్ కణాలు/పొరలు గతంలో నివేదించబడ్డాయి. ఈ అధ్యయనంలో గమనించిన భ్రమణ కోణ విలువలు ట్విస్టెడ్ BLG63 గ్రాఫేన్ కోసం గతంలో గమనించిన భ్రమణ కోణాలకు (±1°) అనుగుణంగా ఉంటాయి.
NGF/SiO2/Si యొక్క విద్యుత్ లక్షణాలు 10×3 mm2 వైశాల్యంలో 300 K వద్ద కొలుస్తారు. ఎలక్ట్రాన్ క్యారియర్ ఏకాగ్రత, చలనశీలత మరియు వాహకత యొక్క విలువలు వరుసగా 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 మరియు 2000 S-cm-1. మా NGF యొక్క చలనశీలత మరియు వాహకత విలువలు సహజమైన గ్రాఫైట్2ని పోలి ఉంటాయి మరియు వాణిజ్యపరంగా లభించే అధిక ఆధారిత పైరోలైటిక్ గ్రాఫైట్ (3000 °C వద్ద ఉత్పత్తి) కంటే ఎక్కువగా ఉంటాయి. గమనించిన ఎలక్ట్రాన్ క్యారియర్ ఏకాగ్రత విలువలు అధిక-ఉష్ణోగ్రత (3200 °C) పాలిమైడ్ షీట్‌లను ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన మైక్రాన్-మందపాటి గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల కోసం ఇటీవల నివేదించబడిన వాటి కంటే (7.25 × 10 సెం.మీ-3) రెండు ఆర్డర్‌లు ఎక్కువ.
మేము క్వార్ట్జ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు బదిలీ చేయబడిన FS-NGFపై UV-కనిపించే ట్రాన్స్‌మిటెన్స్ కొలతలను కూడా చేసాము (మూర్తి 6). ఫలితంగా స్పెక్ట్రం 350–800 nm పరిధిలో దాదాపు 62% స్థిరమైన ప్రసారాన్ని చూపుతుంది, ఇది NGF కనిపించే కాంతికి అపారదర్శకంగా ఉంటుందని సూచిస్తుంది. వాస్తవానికి, "KAUST" అనే పేరు మూర్తి 6bలోని నమూనా యొక్క డిజిటల్ ఫోటోగ్రాఫ్‌లో చూడవచ్చు. NGF యొక్క నానోక్రిస్టలైన్ నిర్మాణం SLGకి భిన్నంగా ఉన్నప్పటికీ, అదనపు లేయర్‌కు 2.3% ప్రసార నష్టం అనే నియమాన్ని ఉపయోగించి లేయర్‌ల సంఖ్యను సుమారుగా అంచనా వేయవచ్చు65. ఈ సంబంధం ప్రకారం, 38% ప్రసార నష్టంతో గ్రాఫేన్ పొరల సంఖ్య 21. పెరిగిన NGF ప్రధానంగా 300 గ్రాఫేన్ పొరలను కలిగి ఉంటుంది, అంటే సుమారు 100 nm మందం (Fig. 1, SI5 మరియు SI7). అందువల్ల, గమనించిన ఆప్టికల్ పారదర్శకత FLG మరియు MLG ప్రాంతాలకు అనుగుణంగా ఉంటుందని మేము ఊహిస్తాము, ఎందుకంటే అవి చలనచిత్రం అంతటా పంపిణీ చేయబడతాయి (Fig. 1, 3, 5 మరియు 6c). పైన పేర్కొన్న నిర్మాణాత్మక డేటాతో పాటు, వాహకత మరియు పారదర్శకత కూడా బదిలీ చేయబడిన NGF యొక్క అధిక స్ఫటికాకార నాణ్యతను నిర్ధారిస్తాయి.
(ఎ) UV-కనిపించే ట్రాన్స్‌మిటెన్స్ కొలత, (బి) ప్రతినిధి నమూనాను ఉపయోగించి క్వార్ట్జ్‌పై సాధారణ NGF బదిలీ. (సి) నమూనా అంతటా బూడిద రంగు యాదృచ్ఛిక ఆకారాలుగా గుర్తించబడిన సమానంగా పంపిణీ చేయబడిన FLG మరియు MLG ప్రాంతాలతో NGF (డార్క్ బాక్స్) యొక్క స్కీమాటిక్ (చిత్రం 1 చూడండి) (100 μm2కి సుమారుగా 0.1–3% ప్రాంతం). రేఖాచిత్రంలో యాదృచ్ఛిక ఆకారాలు మరియు వాటి పరిమాణాలు సచిత్ర ప్రయోజనాల కోసం మాత్రమే మరియు వాస్తవ ప్రాంతాలకు అనుగుణంగా ఉండవు.
CVD ద్వారా పెరిగిన అపారదర్శక NGF గతంలో బేర్ సిలికాన్ ఉపరితలాలకు బదిలీ చేయబడింది మరియు సౌర ఘటాలలో ఉపయోగించబడింది15,16. ఫలితంగా పవర్ కన్వర్షన్ సామర్థ్యం (PCE) 1.5%. ఈ NGFలు క్రియాశీల సమ్మేళన పొరలు, ఛార్జ్ రవాణా మార్గాలు మరియు పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్లు15,16 వంటి బహుళ విధులను నిర్వహిస్తాయి. అయితే, గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్ ఏకరీతిగా లేదు. గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క షీట్ నిరోధకత మరియు ఆప్టికల్ ట్రాన్స్మిటెన్స్‌ను జాగ్రత్తగా నియంత్రించడం ద్వారా మరింత ఆప్టిమైజేషన్ అవసరం, ఎందుకంటే ఈ రెండు లక్షణాలు సౌర ఘటం యొక్క PCE విలువను నిర్ణయించడంలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. సాధారణంగా, గ్రాఫేన్ ఫిల్మ్‌లు కనిపించే కాంతికి 97.7% పారదర్శకంగా ఉంటాయి, అయితే 200–3000 ఓంలు/చ.16 షీట్ నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి. లేయర్‌ల సంఖ్యను (గ్రాఫేన్ పొరల బహుళ బదిలీ) పెంచడం ద్వారా మరియు HNO3 (~30 Ohm/sq.)66తో డోపింగ్ చేయడం ద్వారా గ్రాఫేన్ ఫిల్మ్‌ల ఉపరితల నిరోధకతను తగ్గించవచ్చు. అయితే, ఈ ప్రక్రియ చాలా సమయం పడుతుంది మరియు వివిధ బదిలీ లేయర్‌లు ఎల్లప్పుడూ మంచి పరిచయాన్ని కొనసాగించవు. మా ముందు వైపు NGF వాహకత 2000 S/cm, ఫిల్మ్ షీట్ రెసిస్టెన్స్ 50 ohm/sq వంటి లక్షణాలను కలిగి ఉంది. మరియు 62% పారదర్శకత, సౌర ఘటాలలో వాహక చానెల్స్ లేదా కౌంటర్ ఎలక్ట్రోడ్‌లకు ఇది ఆచరణీయ ప్రత్యామ్నాయంగా మారుతుంది15,16.
BS-NGF యొక్క నిర్మాణం మరియు ఉపరితల రసాయన శాస్త్రం FS-NGF వలె ఉన్నప్పటికీ, దాని కరుకుదనం భిన్నంగా ఉంటుంది ("FS- మరియు BS-NGF యొక్క పెరుగుదల"). ఇంతకుముందు, మేము గ్యాస్ సెన్సార్‌గా అల్ట్రా-సన్నని ఫిల్మ్ గ్రాఫైట్22ని ఉపయోగించాము. కాబట్టి, మేము గ్యాస్ సెన్సింగ్ పనుల కోసం BS-NGFని ఉపయోగించడం సాధ్యాసాధ్యాలను పరీక్షించాము (మూర్తి SI10). మొదట, BS-NGF యొక్క mm2-పరిమాణ భాగాలు ఇంటర్‌డిజిటేటింగ్ ఎలక్ట్రోడ్ సెన్సార్ చిప్‌లోకి బదిలీ చేయబడ్డాయి (మూర్తి SI10a-c). చిప్ యొక్క తయారీ వివరాలు గతంలో నివేదించబడ్డాయి; దాని క్రియాశీల సున్నిత ప్రాంతం 9 mm267. SEM చిత్రాలలో (మూర్తి SI10b మరియు c), అంతర్లీన బంగారు ఎలక్ట్రోడ్ NGF ద్వారా స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది. మళ్ళీ, అన్ని నమూనాల కోసం ఏకరీతి చిప్ కవరేజ్ సాధించబడిందని చూడవచ్చు. వివిధ వాయువుల గ్యాస్ సెన్సార్ కొలతలు నమోదు చేయబడ్డాయి (Fig. SI10d) (Fig. SI11) మరియు ఫలితంగా ప్రతిస్పందన రేట్లు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి. SI10గ్రా. SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) మరియు NH3 (200 ppm )తో సహా ఇతర అంతరాయం కలిగించే వాయువులతో ఉండవచ్చు. ఒక కారణం NO2. వాయువు యొక్క ఎలెక్ట్రోఫిలిక్ స్వభావం22,68. గ్రాఫేన్ ఉపరితలంపై శోషించబడినప్పుడు, ఇది సిస్టమ్ ద్వారా ఎలక్ట్రాన్ల ప్రస్తుత శోషణను తగ్గిస్తుంది. గతంలో ప్రచురించిన సెన్సార్‌లతో BS-NGF సెన్సార్ ప్రతిస్పందన సమయ డేటా యొక్క పోలిక టేబుల్ SI2లో ప్రదర్శించబడింది. UV ప్లాస్మా, O3 ప్లాస్మా లేదా థర్మల్ (50–150°C)ని ఉపయోగించి బహిర్గతమైన నమూనాల చికిత్సను ఉపయోగించి NGF సెన్సార్‌లను తిరిగి సక్రియం చేసే విధానం కొనసాగుతోంది, ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్‌ల అమలును ఆదర్శంగా అనుసరించారు.
CVD ప్రక్రియలో, ఉత్ప్రేరకం సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క రెండు వైపులా గ్రాఫేన్ పెరుగుదల జరుగుతుంది. అయినప్పటికీ, బదిలీ ప్రక్రియలో BS-గ్రాఫేన్ సాధారణంగా బయటకు తీయబడుతుంది. ఈ అధ్యయనంలో, ఉత్ప్రేరకం మద్దతు యొక్క రెండు వైపులా అధిక-నాణ్యత NGF వృద్ధి మరియు పాలిమర్-రహిత NGF బదిలీని సాధించవచ్చని మేము నిరూపిస్తున్నాము. BS-NGF FS-NGF (~ 100 nm) కంటే సన్నగా ఉంటుంది (~ 80 nm), మరియు ఈ వ్యత్యాసం BS-Ni నేరుగా పూర్వగామి వాయువు ప్రవాహానికి గురికాకపోవడం ద్వారా వివరించబడింది. NiAR సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క కరుకుదనం NGF యొక్క కరుకుదనాన్ని ప్రభావితం చేస్తుందని కూడా మేము కనుగొన్నాము. ఈ ఫలితాలు పెరిగిన ప్లానర్ FS-NGF గ్రాఫేన్‌కు పూర్వగామి పదార్థంగా (ఎక్స్‌ఫోలియేషన్ పద్ధతి ద్వారా 70) లేదా సౌర ఘటాలలో వాహక ఛానెల్‌గా ఉపయోగించవచ్చని సూచిస్తున్నాయి15,16. దీనికి విరుద్ధంగా, BS-NGF గ్యాస్ డిటెక్షన్ (Fig. SI9) కోసం ఉపయోగించబడుతుంది మరియు దాని ఉపరితల కరుకుదనం ఉపయోగపడే శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు71,72 కోసం ఉపయోగించబడుతుంది.
పైన పేర్కొన్న వాటిని పరిశీలిస్తే, CVD ద్వారా పెరిగిన మరియు నికెల్ ఫాయిల్ ఉపయోగించి గతంలో ప్రచురించబడిన గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లతో ప్రస్తుత పనిని కలపడం ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. టేబుల్ 2లో చూడగలిగినట్లుగా, మేము ఉపయోగించిన అధిక ఒత్తిళ్లు సాపేక్షంగా తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద (850–1300 °C పరిధిలో) కూడా ప్రతిచర్య సమయాన్ని (వృద్ధి దశ) తగ్గించాయి. మేము సాధారణం కంటే ఎక్కువ వృద్ధిని కూడా సాధించాము, ఇది విస్తరణకు సంభావ్యతను సూచిస్తుంది. పరిగణించవలసిన ఇతర అంశాలు ఉన్నాయి, వాటిలో కొన్ని మేము పట్టికలో చేర్చాము.
ఉత్ప్రేరక CVD ద్వారా ద్విపార్శ్వ అధిక-నాణ్యత NGF నికెల్ రేకుపై పెంచబడింది. సాంప్రదాయ పాలిమర్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను (CVD గ్రాఫేన్‌లో ఉపయోగించినవి) తొలగించడం ద్వారా, మేము NGF (నికెల్ రేకు వెనుక మరియు ముందు వైపులా పెరిగిన) యొక్క శుభ్రమైన మరియు లోపం లేని తడి బదిలీని వివిధ ప్రాసెస్-క్రిటికల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు సాధిస్తాము. ముఖ్యంగా, NGF FLG మరియు MLG ప్రాంతాలను కలిగి ఉంటుంది (సాధారణంగా 100 µm2కి 0.1% నుండి 3% వరకు) ఇవి నిర్మాణాత్మకంగా మందమైన ఫిల్మ్‌లో బాగా కలిసిపోయాయి. ఈ ప్రాంతాలు రెండు నుండి మూడు గ్రాఫైట్/గ్రాఫేన్ కణాల (వరుసగా స్ఫటికాలు లేదా పొరలు) స్టాక్‌లతో కూడి ఉన్నాయని ప్లానార్ TEM చూపిస్తుంది, వీటిలో కొన్ని 10-20° భ్రమణ అసమతుల్యతను కలిగి ఉంటాయి. FLG మరియు MLG ప్రాంతాలు కనిపించే కాంతికి FS-NGF యొక్క పారదర్శకతకు బాధ్యత వహిస్తాయి. వెనుక షీట్ల విషయానికొస్తే, అవి ముందు షీట్‌లకు సమాంతరంగా నిర్వహించబడతాయి మరియు చూపిన విధంగా, ఒక క్రియాత్మక ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంటాయి (ఉదాహరణకు, గ్యాస్ డిటెక్షన్ కోసం). పారిశ్రామిక స్థాయి CVD ప్రక్రియలలో వ్యర్థాలు మరియు వ్యయాలను తగ్గించడానికి ఈ అధ్యయనాలు చాలా ఉపయోగకరంగా ఉన్నాయి.
సాధారణంగా, CVD NGF యొక్క సగటు మందం (తక్కువ మరియు బహుళ-పొర) గ్రాఫేన్ మరియు పారిశ్రామిక (మైక్రోమీటర్) గ్రాఫైట్ షీట్‌ల మధ్య ఉంటుంది. వాటి ఉత్పత్తి మరియు రవాణా కోసం మేము అభివృద్ధి చేసిన సరళమైన పద్ధతితో కలిపి వాటి ఆసక్తికరమైన లక్షణాల శ్రేణి, ఈ చలనచిత్రాలను గ్రాఫైట్ యొక్క క్రియాత్మక ప్రతిస్పందన అవసరమయ్యే అనువర్తనాలకు ప్రత్యేకంగా అనుకూలంగా చేస్తుంది, ప్రస్తుతం ఉపయోగిస్తున్న శక్తి-ఇంటెన్సివ్ పారిశ్రామిక ఉత్పత్తి ప్రక్రియల ఖర్చు లేకుండా.
25-μm-మందపాటి నికెల్ ఫాయిల్ (99.5% స్వచ్ఛత, గుడ్‌ఫెలో) వాణిజ్య CVD రియాక్టర్‌లో (Aixtron 4-అంగుళాల BMPro) వ్యవస్థాపించబడింది. వ్యవస్థ ఆర్గాన్తో ప్రక్షాళన చేయబడింది మరియు 10-3 mbar యొక్క బేస్ ఒత్తిడికి తరలించబడింది. అప్పుడు నికెల్ రేకు ఉంచబడింది. Ar/H2లో (Ni రేకును 5 నిమిషాలకు ముందుగా ఎనియలింగ్ చేసిన తర్వాత, రేకు 900 °C వద్ద 500 mbar ఒత్తిడికి గురైంది. NGF 5 నిమిషాల పాటు CH4/H2 (ఒక్కొక్కటి 100 cm3) ప్రవాహంలో జమ చేయబడింది. నమూనా 40 °C/నిమిషానికి Ar ఫ్లో (4000 cm3)ని ఉపయోగించి 700 °C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబడుతుంది.
జీస్ మెర్లిన్ మైక్రోస్కోప్ (1 kV, 50 pA) ఉపయోగించి SEM ద్వారా నమూనా యొక్క ఉపరితల స్వరూపం దృశ్యమానం చేయబడింది. నమూనా ఉపరితల కరుకుదనం మరియు NGF మందం AFM (డైమెన్షన్ ఐకాన్ SPM, బ్రూకర్) ఉపయోగించి కొలుస్తారు. TEM మరియు SAED కొలతలు తుది ఫలితాలను పొందడానికి అధిక ప్రకాశం ఫీల్డ్ ఎమిషన్ గన్ (300 kV), FEI వీన్ రకం మోనోక్రోమేటర్ మరియు CEOS లెన్స్ గోళాకార అబెర్రేషన్ కరెక్టర్‌తో కూడిన FEI టైటాన్ 80–300 క్యూబ్డ్ మైక్రోస్కోప్‌ను ఉపయోగించి నిర్వహించబడ్డాయి. ప్రాదేశిక రిజల్యూషన్ 0.09 nm. ఫ్లాట్ TEM ఇమేజింగ్ మరియు SAED స్ట్రక్చర్ అనాలిసిస్ కోసం NGF నమూనాలు కార్బన్ లాసీ కోటెడ్ కాపర్ గ్రిడ్‌లకు బదిలీ చేయబడ్డాయి. అందువల్ల, చాలా నమూనా ఫ్లాక్స్ సహాయక పొర యొక్క రంధ్రాలలో నిలిపివేయబడతాయి. బదిలీ చేయబడిన NGF నమూనాలను XRD ద్వారా విశ్లేషించారు. 3 మిమీ బీమ్ స్పాట్ వ్యాసం కలిగిన Cu రేడియేషన్ సోర్స్‌ని ఉపయోగించి పౌడర్ డిఫ్రాక్టోమీటర్ (బ్రక్కర్, D2 ఫేజ్ షిఫ్టర్ విత్ Cu Kα సోర్స్, 1.5418 Å మరియు LYNXEYE డిటెక్టర్) ఉపయోగించి ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలు పొందబడ్డాయి.
అనేక రామన్ పాయింట్ కొలతలు ఇంటిగ్రేటింగ్ కన్ఫోకల్ మైక్రోస్కోప్ (ఆల్ఫా 300 RA, WITeC) ఉపయోగించి రికార్డ్ చేయబడ్డాయి. ఉష్ణ ప్రేరిత ప్రభావాలను నివారించడానికి తక్కువ ఉత్తేజిత శక్తి (25%) కలిగిన 532 nm లేజర్ ఉపయోగించబడింది. X-రే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XPS) 300 × 700 μm2 నమూనా ప్రాంతంలో ఒక Kratos యాక్సిస్ అల్ట్రా స్పెక్ట్రోమీటర్‌పై మోనోక్రోమటిక్ Al Kα రేడియేషన్ (hν = 1486.6 eV) ఉపయోగించి 150 W. రిజల్యూషన్‌లో పొందబడింది. వరుసగా 160 eV మరియు 20 eV ప్రసార శక్తులు. SiO2కి బదిలీ చేయబడిన NGF నమూనాలు 30 W వద్ద PLS6MW (1.06 μm) ytterbium ఫైబర్ లేజర్‌ను ఉపయోగించి ముక్కలుగా (ఒక్కొక్కటి 3 × 10 mm2) కత్తిరించబడ్డాయి. కాపర్ వైర్ కాంటాక్ట్‌లు (50 μm మందం) ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోప్ కింద సిల్వర్ పేస్ట్‌ని ఉపయోగించి తయారు చేయబడ్డాయి. ఎలక్ట్రికల్ ట్రాన్స్‌పోర్ట్ మరియు హాల్ ఎఫెక్ట్ ప్రయోగాలు ఈ నమూనాలపై 300 K వద్ద నిర్వహించబడ్డాయి మరియు భౌతిక లక్షణాల కొలత వ్యవస్థలో ± 9 టెస్లా యొక్క అయస్కాంత క్షేత్ర వైవిధ్యం (PPMS EverCool-II, క్వాంటం డిజైన్, USA). ట్రాన్స్మిటెడ్ UV-vis స్పెక్ట్రా క్వార్ట్జ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లు మరియు క్వార్ట్జ్ రిఫరెన్స్ శాంపిల్స్‌కు బదిలీ చేయబడిన 350–800 nm NGF పరిధిలో లాంబ్డా 950 UV-vis స్పెక్ట్రోఫోటోమీటర్‌ని ఉపయోగించి రికార్డ్ చేయబడింది.
రసాయన ప్రతిఘటన సెన్సార్ (ఇంటర్‌డిజిటేటెడ్ ఎలక్ట్రోడ్ చిప్) కస్టమ్ ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ 73కి వైర్ చేయబడింది మరియు ప్రతిఘటన తాత్కాలికంగా సంగ్రహించబడింది. పరికరం ఉన్న ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ కాంటాక్ట్ టెర్మినల్స్‌కు కనెక్ట్ చేయబడింది మరియు గ్యాస్ సెన్సింగ్ ఛాంబర్ 74 లోపల ఉంచబడుతుంది. ప్రక్షాళన నుండి గ్యాస్ ఎక్స్‌పోజర్ వరకు నిరంతర స్కాన్‌తో 1 V వోల్టేజ్ వద్ద ప్రతిఘటన కొలతలు తీసుకోబడ్డాయి మరియు తర్వాత మళ్లీ ప్రక్షాళన చేయబడతాయి. తేమతో సహా చాంబర్‌లో ఉన్న అన్ని ఇతర విశ్లేషణలను తొలగించడాన్ని నిర్ధారించడానికి 1 గంట పాటు 200 సెం.మీ.3 వద్ద నత్రజనితో ప్రక్షాళన చేయడం ద్వారా ఛాంబర్ మొదట్లో శుభ్రం చేయబడింది. వ్యక్తిగత విశ్లేషణలు N2 సిలిండర్‌ను మూసివేయడం ద్వారా అదే ప్రవాహం రేటు 200 cm3 వద్ద నెమ్మదిగా చాంబర్‌లోకి విడుదల చేయబడ్డాయి.
ఈ కథనం యొక్క సవరించిన సంస్కరణ ప్రచురించబడింది మరియు వ్యాసం ఎగువన ఉన్న లింక్ ద్వారా యాక్సెస్ చేయవచ్చు.
ఇనాగాకి, M. మరియు కాంగ్, F. కార్బన్ మెటీరియల్స్ సైన్స్ అండ్ ఇంజనీరింగ్: ఫండమెంటల్స్. రెండవ ఎడిషన్ సవరించబడింది. 2014. 542.
పియర్సన్, HO హ్యాండ్‌బుక్ ఆఫ్ కార్బన్, గ్రాఫైట్, డైమండ్ మరియు ఫుల్లెరెన్స్: ప్రాపర్టీస్, ప్రాసెసింగ్ మరియు అప్లికేషన్స్. మొదటి ఎడిషన్ సవరించబడింది. 1994, న్యూజెర్సీ.
త్సాయ్, W. మరియు ఇతరులు. పారదర్శక సన్నని వాహక ఎలక్ట్రోడ్‌ల వలె పెద్ద ప్రాంతం బహుళస్థాయి గ్రాఫేన్/గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లు. అప్లికేషన్. భౌతిక శాస్త్రం. రైట్. 95(12), 123115(2009).
బాలండిన్ AA గ్రాఫేన్ మరియు నానోస్ట్రక్చర్డ్ కార్బన్ పదార్థాల ఉష్ణ లక్షణాలు. నాట్. మాట్. 10(8), 569–581 (2011).
చెంగ్ KY, బ్రౌన్ PW మరియు కాహిల్ DG తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ ద్వారా Ni (111)పై పెరిగిన గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల ఉష్ణ వాహకత. క్రియా విశేషణం. మాట్. ఇంటర్ఫేస్ 3, 16 (2016).
హెస్జెడల్, T. రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ ద్వారా గ్రాఫేన్ ఫిల్మ్‌ల నిరంతర పెరుగుదల. అప్లికేషన్. భౌతిక శాస్త్రం. రైట్. 98(13), 133106(2011).