Interested Article - Получение графена

susan
  • 2021-07-15
  • 1

Методы получения графена разделяют на три класса по возможным областям применения :

  1. композитные материалы, проводящие чернила и т. п.;
  2. графен низкого качества для электронных приложений;
  3. графен высокого качества для электронных приложений.

Для первого класса, обычно получаемого химическим расщеплением , характерны размеры графена в сотни нанометров, а восстановленные химическими методами из оксидов графена и графита плёнки имеют размер порядка 100 микрон. Такие кристаллы не подходят для транспортных измерений, так как их подвижность низка, но их можно производить в больших количествах. Для третьего класса методов, в которые включается и механическое расщепление размеры монокристаллов составляют около миллиметра и образцы применяются в исследовательских лабораториях благодаря высокой подвижности носителей тока. Для этого класса методов не существует массового производства. Второй класс методов получение графена занимает промежуточное положение как по размерам монокристаллов, так и по подвижности, благодаря чему часто используется в лабораториях и обладает потенциалом для применения в промышленности .

Механические методы

Графен
Основа
См. также: Портал:Физика
Основная статья: Механическое расщепление
Рис. 1. Кусочки тонких слоёв графита, полученные в процессе отшелушивания, на поверхности липкой ленты.

При механическом воздействии на высокоориентированный пиролитический графит или можно получить плёнки графена вплоть до ~100 мкм . Сначала тонкие слои графита помещают между липкими лентами и отщепляют раз за разом плёнки графита, пока не будет получен достаточно тонкий слой (среди многих плёнок могут попадаться и однослойные, которые и представляют интерес). После отшелушивания скотч с тонкими плёнками графита и графена прижимают к подложке окисленного кремния. При этом трудно получить плёнку определённого размера и формы в заранее известных местах подложки (горизонтальные размеры плёнок составляют обычно около 10 мкм) . Найденные с помощью оптического микроскопа (они слабо видны при толщине диэлектрика 300 нм) плёнки подготавливают для измерений. С помощью атомно-силового микроскопа определяют реальную толщину плёнки графита (она может варьироваться в пределах 1 нм для графена). Графен можно также определить при помощи рамановского рассеяния света или измерением квантового эффекта Холла . Используя электронную литографию и , задают форму плёнки для электрофизических измерений (холловский мост для магнитотранспортных измерений).

Альтернативный метод предложен в работе . Метод заключается в том, что окисленную подложку кремния покрывают эпоксидным клеем (в работе использовался слой толщиной ~10 мкм) и тонкую пластинку графита прижимают к клею при помощи пресса. После удаления графитовой пластинки с помощью липкой ленты на поверхности клея остаются области с графеном и графитом. Толщину графита определяли с помощью комбинационного рассеяния света и атомно-силовым микроскопом измеряли шероховатость графена, которая оказалась равной всего 0.16 нм (в два раза меньше шероховатости графена на подложке кремния ).

В статье предложен метод печати графеновых электрических схем (ранее этот метод использовался для печати тонкоплёночных транзисторов на основе нанотрубок и для органической электроники. ). Сам процесс печати состоит из последовательного с подложки Si /SiO 2 золотых контактов, графена и наконец диэлектрика ( PMMA ) с металлическим затвором на прозрачную подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) предварительно нагретую выше температуры размягчения до 170 °C, благодаря чему контакты вдавливаются в ПЭТФ, а графен приобретает хороший контакт с материалом подложки. При таком методе нанесения графена подвижность не становится меньше, хотя и появляется заметная асимметрия между электронной (μ e =10000 см 2 В −1 с −1 ) и дырочной (μ h =4000 см 2 В −1 с −1 ) областями проводимости. Этот метод пригоден для нанесения графена на любую подложку, пригодную, в частности, для оптических измерений.

Химические методы

Основная статья: Химические методы получения графена
Рис. 2. Слои можно легко отделить друг от друга

Кусочки графена также можно приготовить из графита, используя химические методы . Для начала микрокристаллы графита подвергаются действию смеси серной и азотной кислот. Графит окисляется, и на краях образца появляются карбоксильные группы графена. Их превращают в хлориды при помощи тионилхлорида . Затем под действием октадециламина в растворах тетрагидрофурана , тетрахлорметана и дихлорэтана они переходят в графеновые слои толщиной 0,54 нм . Этот химический метод не единственный, и, меняя органические растворители и химикаты, можно получить нанометровые слои графита .

В статьях описан ещё один химический метод получения графена, встроенного в полимерную матрицу.

Восстановлением монослойной плёнки оксида графита , например, в атмосфере гидразина с последующим отжигом в смеси аргон/водород, могут быть получены графеновые плёнки. Однако качество графена, полученного восстановлением оксида графита , ниже по сравнению с графеном, полученным скотч-методом вследствие неполного удаления различных функциональных групп. Нанесение плёнки оксида графита на DVD-диск и обработка лазером в DVD-дисководе привели к получению на диске плёнки графена с высокой электропроводностью ( 1738 См /м ) и удельной поверхностью 1520 м 2 /г .

Эпитаксия и разложение

Следует упомянуть ещё два метода: радиочастотное плазмохимическое осаждение из газовой фазы ( англ. PECVD ) и рост при высоком давлении и температуре ( англ. HPHT ) . Из этих методов только последний можно использовать для получения плёнок большой площади.

Работы и популярная статья посвящены получению графена, выращенного на подложках карбида кремния SiC(0001). Графитовая плёнка формируется при термическом разложении поверхности подложки SiC (этот метод получения графена гораздо ближе к промышленному производству), причём качество выращенной плёнки зависит от того, какая стабилизация у кристалла: C -стабилизированная или Si -стабилизированная поверхность — в первом случае качество плёнок выше. В работах та же группа исследователей показала, что, несмотря на то, что толщина слоя графита составляет больше одного монослоя, в проводимости участвует только один слой в непосредственной близости от подложки, поскольку на границе SiC-C из-за разности работ выхода двух материалов образуется нескомпенсированный заряд. Свойства такой плёнки оказались эквивалентны свойствам графена.

Графен можно вырастить на металлических подложках рутения и иридия .

Другие методы

Если кристалл пиролитического графита и подложку поместить между электродами, то, как показано в работе , можно добиться того, что кусочки графита с поверхности, среди которых могут оказаться плёнки атомарной толщины, под действием электрического поля могут перемещаться на подложку окисленного кремния. Для предотвращения пробоя (между электродами прикладывали напряжение от 1 до 13 кВ) между электродами также помещали тонкую пластину слюды .

Некоторая комбинация механического метода (графитовым стержнем пишут по поверхности подложки кремния, оставляя плёнки при разрушении) и последующего высокотемпературного отжига (~1100 K) использована для получения тонких слоёв графита вплоть до однослойных плёнок .

См. также

Ссылки

  • Александр Самардак. (30 сентября 2008). Дата обращения: 17 октября 2012. 23 октября 2012 года.
  • Костюкова Мария Николаевна. (9 октября 2008). Дата обращения: 17 октября 2012.
  • Росляков Илья Владимирович. (8 июня 2008). Дата обращения: 17 октября 2012.
  • Трусов Л. А. (11 апреля 2008). Дата обращения: 17 октября 2012.

Примечания

  1. ↑ Novoselov K. S., Fal'ko V. I., Colombo L., Gellert P. R., Schwab M. G., Kim K. (англ.) = A roadmap for graphene // Nature. — 2012. — Vol. 490 . — P. 192—200 . — doi : .
  2. ↑ Zhang Y. et. al. «Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry’s phase in graphene» Nature 438 , 201 (2005) doi :
  3. Kuzmenko A. B. от 1 марта 2022 на Wayback Machine
  4. Novoselov, K. S. et al . «Two-dimensional atomic crystals» , PNAS 102 , 10451 (2005) doi :
  5. Ferrari A. C. et. al. Raman Spectrum of Graphene and Graphene Layers Phys. Rev. Lett. 97 , 187401 (2006) doi :
  6. Novoselov K. S. et al. «Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene», Nature 438 , 197 (2005) doi :
  7. Huc V., et. al. Large and flat graphene flakes produced by epoxy bonding and reverse exfoliation of highly oriented pyrolytic graphite Nanotechnology 19 , 455601 (2008) doi :
  8. Ishigami M. et. al. Atomic Structure of Graphene on SiO 2 Nano Lett., 7 , 1643, (2007) doi :
  9. Chen J.-H. et. al. Printed Graphene Circuits Adv. Mater. 19 , 3623 (2007) doi :
  10. Hines D. R. et. al. Nanotransfer printing of organic and carbon nanotube thin-film transistors on plastic substrates Appl. Phys. Lett. 86 , 163101 (2005) doi :
  11. Hines D. R. et. al. Transfer printing methods for the fabrication of flexible organic electronics Appl. Phys. 101 , 024503 (2007) doi :
  12. Shioyama H. Cleavage of graphite to graphene J. Mat. Sci. Lett. 20 , 499—500 (2001)
  13. Solution Properties of Graphite and Graphene Sandip Niyogi, Elena Bekyarova, Mikhail E. Itkis, Jared L. McWilliams, Mark A. Hamon, and Robert C. Haddon ; 2006; 128(24) pp 7720 — 7721; (Communication) doi :
  14. Bunch J. S. et al. Coulomb Oscillations and Hall Effect in Quasi-2D Graphite Quantum Dots Nano Lett. 5 , 287 (2005) doi :
  15. Li X. et. al. Highly conducting graphene sheets and Langmuir-Blodgett films Nature Nanotechnology 3 , 538 (2008) doi :
  16. Hernandez Y. et. al. High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite Nature Nanotech. 3 , 563 (2008) doi :
  17. Stankovich S. et al . «Stable aqueous dispersions of graphitic nanoplatelets via the reduction of exfoliated graphite oxide in the presence of poly(sodium 4-styrenesulfonate)», J. Mater. Chem. 16 , 155 (2006) doi :
  18. Stankovich S. et al . «Graphene-based composite materials», Nature 442 , 282 (2006) doi :
  19. . Sciencemag.org (16 марта 2012). Дата обращения: 2 мая 2013. 16 июня 2013 года.
  20. Marcus, Jennifer . Newsroom.ucla.edu (15 марта 2012). Дата обращения: 2 мая 2013. 16 июня 2013 года.
  21. Wang J. J. et. al. Free-standing subnanometer graphite sheets Appl. Phys. Lett. 85 , 1265 (2004) doi :
  22. Parvizi F., et. al. Graphene Synthesis via the High Pressure — High Temperature Growth Process Micro Nano Lett., 3 , 29 (2008) doi :
  23. Rollings E. et. al. Synthesis and characterization of atomically thin graphite films on a silicon carbide substrate J. Phys. Chem. Solids 67 , 2172 (2006) doi :
  24. Hass J. et. al. Highly ordered graphene for two dimensional electronics Appl. Phys. Lett. 89 , 143106 (2006) doi :
  25. Александр Лебедев от 3 августа 2022 на Wayback Machine // Наука и жизнь , 2022, № 8. — с. 8 - 16
  26. Berger, C. et al . «Electronic Confinement and Coherence in Patterned Epitaxial Graphene», Science 312 , 1191 (2006) doi :
  27. J. Hass et. al. Why Multilayer Graphene on 4H-SiC(000-1) Behaves Like a Single Sheet of Graphene Phys. Rev. Lett. 100 , 125504 (2008).
  28. Sutter P. W. et. al. Epitaxial graphene on ruthenium Nature Mat. 7 , 406 (2008) doi :
  29. N’Diaye A. T. et. al. Structure of epitaxial graphene on Ir(111) New J. Phys. 10 , 043033 (2008) doi :
  30. Sidorov A. N. et al ., Electrostatic deposition of graphene, Nanotechnology 18 , 135301 (2007) doi :
  31. Banerjee A. and Grebel H. Depositing graphene films on solid and perforated substrates, Nanotechnology 19 , 365303 (2008) doi :
Источник —

susan
  • 2021-07-15
  • 1
  • Tags:

Same as Получение графена

The title for the last searches