Войти
Для графена был разработан быстро увеличивающийся список использования методов производства графена
Даже двумерные кристаллы могут быть выращены с помощью химического синтеза сверх малых в принципе, как быстрый рост плотности фононов . Существуют и другие пути к 2D-материалам :
Фундаментальные силы ставят, казалось бы, непреодолимые препятствия на пути создания [2D-кристаллов]... Возникающие 2D-кристаллиты пытаются минимизировать свою поверхностную силу и неизбежно превращаются в одна из богатого разнообразия стабильных трехмерных структур, встречающихся в саже. Но есть способ обойти проблему. Взаимодействие с трехмерными структурами стабилизирует двумерные кристаллы во время роста. Таким образом, можно сделать двухмерные кристаллы зажатыми между атомными плоскостями объемного кристалла или помещенными поверх них. В этом отношении графен уже существует в графите... Природу и кристаллы толщиной в один при достаточно низкой температуре, чтобы они оставались в закаленном состоянии, предписанном исходным высокотемпературным трехмерным ростом.
Ранние подходы к разделу многослойного графита на отдельные слои или его эпитаксиальному выращиванию путем нанесения слоя на другой материал были дополнены многочисленными альтернативами. Во всех случаях графит должен сцепиться с какой-либо подложкой, чтобы сохранить свою двумерную форму.
По состоянию на 2014 год в эксфолиации был получен графен с наименьшим количеством дефектов и наибольшей подвижностью электронов.
Андре Гейм и Константин Новоселов использовали клейкую ленту для разделения графита на графен. Получение отдельных слоев обычно требует нескольких этапов отшелушивания, каждого из которых получается срез с меньшим количеством слоев, пока не остается только один. После отшелушивания хлопья наносятся на силиконовую пластину. Могут быть получены кристаллиты размером более 1 мм, видимые невооруженным глазом.
В этом методе острый клин из монокристаллического алмаза проникает в источник графита для расслаивания слоев. В этом методе в качестве исходного материала используется высокоупорядоченный пиролитический графит (ВОПГ). Эксперименты подтверждались молекулярно-динамическим моделированием.
P. Бем сообщил о получении монослойных чешуек восстановленного оксида графена в 1962 году. Быстрое нагревание оксида графита и расслоение дает высокодисперсный углеродный порошок с процентами хлопьев графена. Восстановление монослойных пленок пленок графита, например с помощью гидразина с отжигом в аргоне / водороде также оксигеновые пленки. Позже протокол окисления был усовершенствован, чтобы получить оксид графена с почти неповрежденным углеродным каркасом, который позволяет эффективно удалять функциональные группы, ни одна из которых изначально невозможна. Измеренная подвижность носителей заряда превышала 1000 сантиметров (393,70 дюйма) / Вс. Проведен спектроскопический анализ восстановленного оксида графена.
В 2014 году бездефектные, неокисленные жидкости, содержащие графен, были изготовлены из графита с использованием смесителей, которые производили локальные скорости сдвига более 10 × 10. Было заявлено, что метод применим к другим 2D-материалам, включая бора, дисульфид молибдена и другие слоистые кристаллы.
Диспергирование графита в подходящей жидкой среде может выражать графен с помощью обработки ультразвуком. Графен отделяют от графита с помощью центрифугирования, получая графена раст до 0,01 мг / мл в N-метилпирролидоне (NMP), а до 2,1 мг / мл в NMP. Использование подходящей ионной жидкости в качестве диспергирующей жидкой среды дает концентрацию 5,33 мг / мл. Концентрация графена, полученная этим методом, очень мала, поскольку ничто не мешает листам переупаковываться из-за сил Ван-дер-Ваальса. Максимальные достигаемые способности - это точки, в которых силы Ван-дер-Ваальса преодолевают силы взаимодействия между листами графена и молекулами растворителя.
Добавление поверхностно-вещества к растворителю активного ультразвукового воздействия предотвращает повторную укладку за счет адсорбции на поверхности графена. Это дает высокую концентрацию графена, но для удаления поверхностно-активного вещества требуется химическая обработка.
Обработка графита ультразвуком на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, в первую очередь гептан и вода давали макромасштабные графеновые пленки. Графеновые листы адсорбируются на высокоэнергетической границе раздела гептана и воды, где они не могут переупаковываться. Графен оставался на границе раздела даже при воздействии силы более 300 000 г. Затем растворители можно упарить. Листы имеют до ~ 95% прозрачности и электропроводности.
Частицы графита могут подвергаться коррозии в расплавленных солях с образованием различных углеродных наноструктур, включая графен. Катионы водорода, растворенные в расплавленном хлориде лития, могут выводить на катодно поляризованные графитовые стержни, которые затем внедряются в преобразованные графита, отслаивая графит с образованием графена. Полученные графеновые нанолисты имеют монокристаллическую структуру с поперечным размером в несколько сотен нанометров и высокую степенью кристалличности и термической стабильности.
Электрохимический синтез может расслаивать графен. Изменение импульсного напряжения контролирует толщину, площадь чешуек, количество дефектов и влияет на их свойства. Процесс начинается с погружения графита в растворитель для интеркаляции. Процесс можно смотреть, отслеживая прозрачность раствор с помощью светодиода и фотодиода.
Графен был приготовлен с использованием сахара (например, глюкозы, фруктоза и т. Д.) Такой восходящий синтез без использования субстрата более безопасен, проще и экологически безопаснее, чем отшелушивание. С помощью этого метода можно контролировать толщину, от монослоя до многослойного.
Эпитаксия относится к нанесению кристаллического верхнего слоя на кристаллическую подложку, где между ними существует совпадение. В некоторых случаях эпитаксиальные слои графена связаны с поверхностями достаточно слабо (силами Ван-дер-Ваальса ), чтобы сохранить двумерную электронную зонную структуру изолированного графена. Примером такой слабой связи является эпитаксиальный графен на SiC и Pt (111). С другой стороны, эпитаксиальный слой графена на некоторых металлах может быть прочно связан с поверхностью с помощью ковалентных связей. Свойства ковалентно связанного графена могут отличаться от свойств отдельно стоящего графена. Примером такой сильной связи является эпитаксиальный графен на Ru (0001). 2. слой сильна только для первого слоя графена на Ru (0001): второй слой более слабо связан с первым слоем и уже имеет свойства, очень близкие к свободно стоящему графену.
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) является распространенной формой эпитаксии. Процесс осаждения твердого материала на нагретый субстрат посредством разложения или химической реакции, соединенияся в газе, проходящем по субстрату, называется химическим осаждением из паровой фазы. Реагенты, обычно в газовой или паровой фазе, реагируют на поверхности или вблизи поверхности субстратов, которые находятся при некоторой повышенной температуре. Последующая реакция приводит к осаждению элементов или молекул на всей поверхности подложки. Процессы CVD также широко используются для выращивания эпитаксиальных слоев, таких как эпитаксиальный слой кремния на монокристаллической кремниевой подложке (гомоэпития или обычно называемая эпитаксия) или осаждения эпитаксиального слоя на сапфире (гетероэпитаксия). Специальный метод химического осаждения из паровой фазы, называемого эпитаксией, или эпитаксиальным осаждением слоя, или парофазной эпитаксией (VPE), имеет только роль монокристаллической формулы в осажденного слоя. Этот процесс обычно выполняется для определенных комбинаций материалов подложки и слоя в особых условиях осаждения.
Эпитаксиальные графеновые пленки можно выращивать на различных кристаллических поверхностях. Атометка подложки ориентационной регистрации атомов углерода графенового слоя. Химическое взаимодействие графена с подложкой может обсуждаться от слабого до сильного. Это также изменяет свойства графенового слоя. Потребность в эпитаксиальном графене из-за проблем включения углеродных нанотрубок в крупномасштабные интегрированные электронные архитектуры. Таким образом, исследования 2D-графена были начаты с экспериментов с эпитаксиально выращенным графеном на монокристаллическом карбиде кремния. Несмотря на то, что значительный контроль имеет место в выращивании и описании эпитаксиального графена, остаются проблемы с тем, чтобы в полной мере использовать возможности этих структур. Обещание заключается в надежде, что носители заряда на этих графеновых структурах, как углеродные нанотрубки, останутся баллистическими. Если это так, это может произвести революцию в мире электроники.
Нагрев карбида кремния (SiC) до высоких температур (>1100 ° C) при низких давлениях (~ 10 торр) сводится к графену. В результате этого процесса получается эпитаксиальный графен с размерами, зависящими от размера пластины. Полярность SiC, используемого для образования графена, кремниевого или углеродного, влияет на толщину, подвижность и носителей.
Электронная зонная структура графена (так называемая структура конуса Дирака) была впервые визуализирована в этом материале. В этом материале наблюдается слабая антилокализация, но не в расслоенном графене, полученном методом вытяжки. Большая, не зависящая от температуры подвижность приближается к подвижности в расслоенном графене, помещенном на оксид кремния, но ниже подвижностей в суспендированном графене, полученном методом вытяжки. Даже без переноса графен на SiC демонстрирует безмассовые фермионы Дирака. Взаимодействие графен-подложка может быть дополнительно пассивировано.
Слабая сила Ван-дер-Ваальса, которая связывает многослойные стопки, не всегда влияет на электронные свойства отдельных слоев. То есть, в то время как электронные свойства некоторых многослойных эпитаксиальных графенов идентичны свойствам одного слоя, это влияет на свойства, как в объемном графите. Этот эффект хорошо изучен теоретически и связан с симметрией межслойных взаимодействий.
Эпитаксиальный графен на SiC может быть структурирован с использованием стандартных методов микроэлектроники. Запрещенную зону можно создать и настроить с помощью лазерного излучения.
Нормальная кремниевая пластина, покрытая слоем ания герм (Ge), погруженный в разбавленную фтористоводородную кислоту, удаляет естественно образующиеся группы оксида германия, создаваемые германий с концевыми водородными группами. Химическое осаждение из паровой фазы наносит сверху слой графена. Графен можно отделить от пластины с помощью сухого процесса, после чего он готов к использованию. Пластину можно использовать повторно. Графен без морщин, высокого качества и с низким содержанием дефектов.
Металлические монокристаллы часто используются в качестве подложек при выращивании графена, поскольку они образуют гладкий и химически однородный рост платформа для графена. В частности, химическая однородность является важным преимуществом металлических поверхностей, монокристаллов: например, на разных оксидных поверхностях окисленный компонент и кислород используют очень разные адсорбционные центры. Типичной металлической монокристаллической подложки является поверхность гексагональной плотноупакованной поверхности, поскольку эта геометрия также является геометрией углерода в слое графена. Обычными поверхностями с гексагональной плотноупакованной геометрией являются, например, поверхность FCC (111) и HCP (0001). Конечно, сама по себе подобная геометрия поверхности не гарантирует идеальной адсорбции графена на поверхности, как между поверхностными атомами металла и атомами углерода могут быть разными, что приводит к появлению муара. Обычными металлическими поверхностями для роста являются Pt (111), Ir (111), Ni (111), Ru (0001), Co (0001) и Cu (111), но также как минимум Fe (110), Au (111)., Используются Pd (111), Re (101) 0) и Rh (111).
Существует несколько методов, как металлические монокристаллические подложки хорошего качества могут быть изготовлены. Методы Чохральского и Бриджмена - Стокбаргера являются общепринятыми промышленными методами производства металлических кристаллов. В этих методах металл сначала плавится, после чего ему дают возможность кристаллизоваться вокруг затравочного кристалла. После кристалл разрезают на пластины. Другой широко используемый метод, особенно в исследованиях, - это эпитаксия, которая позволяет выращивать множество различных поверхностей монокристаллов на некоторых общедоступных монокристаллах, таких как монокристаллический кремний. Преимущество эпитаксии перед промышленными методами заключается в ее низком расходе материала: с помощью эпитаксии можно использовать подложки с толщиной в нанометровом масштабе по сравнению с полными самонесущими пластинами. Это особенно важно для редких и дорогих металлов, таких как рений и золото.
Графен может быть выращен на поверхности рутения (0001) с помощью химического осаждения из паровой фазы, роста с программированием температуры (TPG) или сегрегации. При CVD горячая поверхность рутения подвергается воздействию некоторых углеродсодержащих молекул, таких как метан или этен. Это приводит к образованию графена. Было замечено, что графен может расти только «под гору» от ступенек рутениевой поверхности, но не вверх. Графен прочно связывается с ковалентными связями с поверхностью и имеет расстояние до поверхности всего 1,45 Å. Это на поврежденный графеновый слой, и этот слой ведет себя иначе, чем отдельно стоящий графеновый слой. Однако рост графена на рутении методом CVD не является полностью самоограничивающимся, и возможно образование многослойного графена. Второй и более высокие слои не связаны друг с другом слоями графена так же прочно, как первый слой соединяется с поверхностью металла, что приводит к большему расстоянию 3 Å между слоями графена. Таким образом, второй слой слабее взаимодействует с подложкой и имеет очень похожие электронные свойства, как и отдельно стоящий графен. Из-за прочной связи графена с поверхностью рутения для слоя графена наблюдается только ориентация R0. Хотя различные исследования показали разную длину для расстояния повтора муара, изменяющуюся в зависимости от графена (11 x 11) и Ru (10 x 10). Муаровый узор также вызывает сильное гофрирование графенового слоя, высота пика достигает 1,5 Å.
Графен обычно наносится на иридий (111) CVD, но также возможен рост с программированием температуры (TPG). При CVD горячая поверхность иридия подвергается воздействию этилена. Этилен разлагается на поверхности в результате пиролиза, и образовавшийся углерод адсорбируется на поверхности, образуя монослой графена. Таким образом, возможен только монослойный рост. Образующийся слой графена слабо связан с иридиевой подложкой и расположен примерно на 3,3 Å над поверхностью. Слой графена и подложка из Ir (111) также образуют муаровый узор с периодом около 25 Å в зависимости от ориентации графена на Ir (111). Есть много различных возможностей для ориентации графенового слоя, наиболее распространенными из которых являются R0 и R30. Слой графена также имеет гофрировку из-за муарового рисунка с высотой от 0,04 до 0,3 Å. Из-за дальнего порядка этих ряби мини-щели в электронной полосовой структуре (конус Дирака ) становятся видимыми.
Графеновые листы имеют сообщалось, что их выращивают путем дозирования этилена на чистую единую подложку платины (111) при температурах выше 1000 ° C в сверхвысоком вакууме (UHV). Монослой графена слабо взаимодействует с поверхностью Pt (111) под ним, что подтверждается локальной плотностью состояний, которая имеет V-образную форму. Ким и др. Сообщили об электронных свойствах графеновых наноостровков, на геометрию которых влияет изменение температуры отжига, и предоставили фундаментальное понимание роста графена. Влияние отжига на средний размер и плотность островков графена, выращенных на Pt (111), широко изучалось. Саттер и др. Сообщили о распространении морщин на листе графена, вызванном термическим напряжением, которое наблюдалось с помощью низкоэнергетической электронной микроскопии во время охлаждения после роста. Возникновение рассогласования решеток предшествует наблюдению муаровых структур с малыми (например, (3x3) G) и большими элементарными ячейками (например, (8x8) G).
Высококачественные листы многослойного графена площадью более 1 см (0,2 кв. Дюйма) были синтезированы методом химического осаждения из паровой фазы на тонких пленках никеля с использованием нескольких методов. Сначала пленка подвергается воздействию газа аргон при температуре 900–1000 градусов Цельсия. Метан затем смешивается с газом, и диссоциированный углерод метана абсорбируется пленкой. Затем раствор охлаждается, и углерод диффундирует из никеля с образованием графеновых пленок. Графен, выращенный методом CVD, на поверхности Ni (111) образует структуру (1 x 1), то естьпостоянные решетки Ni и графена совпадают, и муаровый узор не образуется. По-прежнему существуют различные возможные места адсорбции углерода на никеле, по крайней мере, верхние, полые ГПУ, полые ГЦК и мостиковые участки [17].
В другом методе использовались температуры, совместимые с традиционными КМОП обработки с использованием сплава на основе никеля с золотым катализатором. Этот процесс растворяет атомы углерода внутри расплава переходного металла при определенной температуре, а затем осаждает растворенный углерод при более низких температурах в виде однослойного графена (SLG).
Металл сначала расплавляют в контакте с источником углерода, возможно, с графитовым тиглем, которого происходит внутри плавление, или графитовым порошком / кусками, которые помещаются в расплав. Поддержание контакта расплава с кристаллом при температуре приводит к растворению атомов углерода, насыщению расплава на основе бинарной фазовой диаграммы металл-углерод . Снижение температуры снижает растворимость углерода, и избыточный углерод осаждается в расплаве. Плавающий слой можно снять или заморозить для последующего удаления.
Используя различную морфологию, включая толстый графит, на металлической подложке наблюдали несколько слоев графена (FLG) и SLG. Рамановская спектроскопия доказала, что SLG вырос на никелевой подложке. Рамановский спектр SLG не содержал полос D и D ', что указывает на его первозданный характер. Никель не является рамановским активом, возможна прямая рамановская спектроскопия графеновых слоев поверх никеля.
Другой подход заключается в покрытии листа стекла из диоксида кремния (подложки) с одной стороны пленкой никеля. Графен, нанесенный путем химического осаждения из паровой фазы, сформирован слоями на обеих сторонах пленки, один на верхней верхней стороне и один на нижней стороне, зажатых между никелем и стеклом. После отслаивания никеля и верхнего слоя графена на стекле остался промежуточный слой графена. Хотя верхний слой графена можно было извлечь из фольги, нижний слой уже был на месте на стекле. Качество и чистота прикрепленного слоя не оценивались.
Графен на кобальте (0001) выращивают так же, как на подложке из Ni. Пленку Co (0001) сначала выращивают на подложке вольфрам (110), после чего химическое осаждение из паровой фазы пропилена при 450 ° C делает возможным рост графена на Co (0001). Это приводит к структуре p (1x1) вместе со структурами, которые указывают на домены графена, слегка повернутые относительно решетки. Структуры графена, выращенные на Co (0001), оказались идентичными структурам, выращенным на Ni (111), после структурной и электронной характеристики. Со (0001) является ферромагнетиком, но было обнаружено, что наросший монослой графена не уменьшает спиновой поляризации. В отличие от своего аналога Ni (111), графен, выращенный на Co (0001), не проявляет эффект Рашбы.
Медь фольги при комнатной температуре и очень низком давлении и в достаточных частицах. количество метана дает высококачественный графен. Рост автоматически прекращается после одного образования слоя. Можно создавать фильмы произвольно большого размера. Однослойный рост обусловлен низкой концентрацией углерода в метане. Этот процесс основан на поверхности, а не на поглощении металлом, а диффузии углерода в графеновые слои на поверхности. Процесс при комнатной температуре устраняет необходимость в этапах постпродакшена и сокращает производство с десятичасового / девяти-десятиступенчатого процесса до одного этапа, который занимает пять минут. В результате реакции между водородной плазмой, образованной из метана, и обычными молекулами воздуха в камере образуются цианорадикалы - молекулы углерода и азота без электронов. Эти заряженные молекулы размывают дефекты поверхности, используются первозданный субстрат. Образуйтесь друг с другом, образуя цельный лист, который обеспечит механической и электрической целостности.
Более крупные углеводороды, такие как этан и пропан производит двухслойные покрытия. При выращивании методом химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении образует многослойный графен на меди (подобный никелю).
Материал имеет меньше дефектов, которые в процессах с более высоким температурным результатом являются теплового расширения / сжатия. В полученном материале наблюдали баллистический перенос.
Олово было использовано для печати графена при 250 ° C. Низкотемпературный рост графена на подложках, а также рост графена без переноса является основным испытанием графена для его практических приложений. Рост графена без переноса на подложке Si (SiO2 / Si), покрытой SiO2, при 250 ° C на основе реакции твердого тела-жидкость-твердое вещество был достигнут с помощью олова.
Грамм -количества восстановления восстановлением этанола металлическим натрием с последующим пиролизом этокс и промыванием водой для солей натрия.
Крупномасштабное Roll-to-Roll производство графена на основе химического осаждения из паровой фазы было впервые реализовано в 2010 году. В 2014 году двухэтапное производство валков - анонсирован процесс изготовления рулонов. На первом этапе от рулона к рулону графен происходит путем химического осаждения из паровой фазы. В 2018 году исследователи института из Массачусетского технолога усовершенствовали процесс прокатки рулонов, создавая многообещающий способ производства графена в больших количествах.
Выращивание графена в промышленной установке с резистивным нагревом заявлено, что система CVD производит графен в 100 раз быстрее, чем обычные системы CVD, снижает затраты на 99 процентов и производит материал с улучшенными электронными качествами.
Техника CVD с холодной стенкой может изучать лежащие в основе науки о поверхности, связанные с графеном зарождение и рост, поскольку он позволяет беспрецедентно контролировать параметры процесса, такие как скорость потока газа, температура и давление, как указано в недавнем исследование. Исследование проводилось в самодельной системе холодных стен с использованием резистивного механизма за счет пропускания постоянного тока через подложку. Это дало эффективное представление о типичном механизме поверхностно-опосредованного зародышеобразования и роста, задействованного в двумерных материалах, выращенных с использованием каталитического химического осаждения из паровой фазы в условиях, используемых в полупроводниковой промышленности. путем разрезания углеродных нанотрубок. В одном из таких способов многослойные углеродные нанотрубки разрезаются в растворе под перманганата калия и серной кислоты. В другом методе графеновые наноленты были получены путем плазменного травления нанотрубок, частично встроенных в полимер пленку.
В В приложениях, где необходимо контролировать толщину и плотность графенового слоя, использовался метод Ленгмюра-Блоджетт. В дополнение к формированию непосредственно слоя графена, другой подход, широко изучался, заключается в формировании слоя оксида графена, который может быть восстановлен до графена.
Некоторые преимущества использования LB включают в себя точный контроль над слоистой архитектурой графена, процесс послойного осаждения позволяет собирать любую комбинацию тонких углеродных слоев на подложках, процесс сборки проходит при комнатной температуре. производство.
В результате сильно экзотермической реакции магний сгорает в окислительно-восстановительной реакции с диоксидом углерода, образуя массу углеродных наночастиц, включая графен и фуллерены.. Реагент диоксида углерода может быть твердым (сухой лед) или газообразным. Продуктами этой реакции являются углерод и оксид магния. Патент США 8377408 был выдан на этот процесс.
В 2014 году графен, армированный углеродными нанотрубками, был получен путем нанесения покрытия центрифугированием и отжига функционализированных углеродных нанотрубок. Полученный материал был более прочным, гибким и более проводящим, чем обычный графен.
Сверхзвуковое ускорение капель через сопло Лаваля было использовано для осаждения небольших капель восстановленного оксид графена в суспензии на подложке. Капли равномерно диспергируются, быстро испаряются и демонстрируют увеличенное скопление хлопьев. Кроме того, топологические дефекты (дефект Стоуна-Уэльса и вакансии C. 2) используются в хлопьях исчезли. В результате получился слой графена более высокого качества. Энергия удара растягивает графен и перестраивает его атомы углерода в безупречный гексагональный графен без необходимости дополнительной обработки. Большое количество энергии также позволяет каплям графена залечивать любые дефекты в графеновом слое, которые возникают во время этого процесса.
Другой подход распыляет бакиболлы на подложку со сверхзвуковой скоростью. Шарики раскололись при ударе, образовавшиеся в результате расстегнутые клетки затем склеились, образуя графеновую пленку. Бакиболлы превращаются в газообразный гелий или водород, который расширяется со сверхзвуковой скоростью, унося с собой углеродные шары. Букиболлы достигают энергии около 40 кэВ без изменений своей внутренней динамики. Этот материал содержит шестиугольники и пятиугольники. Пентагоны могут создавать запрещенную зону.
Получение графена путем интеркаляции расщепляет графит на однослойный графен, вставляя гостевые молекулы / ионы между слоями графита. Впервые графит был интеркалирован в 1841 году с использованием сильного окислителя или восстановителя, который повредил желаемые свойства материала. Ковтюхова разработала широко метод окислительной интеркаляции в 1999 году. В 2014 году ей удалось добиться интеркаляции, используя неокисляющие кислоты Бренстеда (фосфорную, серную, дихлоруксусную и алкилсульфоновые кислоты), но без окислителей. Новый метод еще не достигает производительности, достаточной для коммерци.
В 2014 году был анонсирован одношаговый масштабируемый подход к производству графена на основе лазера. Этот метод позволил и структурировать пористые получить трехмерные графеновые пленочные сети из коммерческих полимерных пленок. В системе использовался инфракрасный лазер CO2 . Атомы sp-углерода были фототермически преобразованы в атомы sp-углерода с помощью импульсного лазерного излучения. Результат демонстрирует высокую электропроводность. Этот материал позволяет изготавливать встречно-штыревые электроды для плоских микросуперконденсаторов с удельной емкостью>4 мФ · см и плотностью мощности ~ 9 мВт · см. Лазерно-индуцированное производство, по-видимому, позволяет производить процессы с рулона на рулон и обеспечивает путь к электронным устройствам и устройствам хранения энергии.
Нанесение слоя оксида графита на DVD и его сжигание Устройство DVD создало тонкую графеновую пленку с высокой электропроводностью (1738 сименс на метр) и удельной поверхности (1520 квадратных метров на грамм), которая была высокопрочной и податливой.
В 2012 году сообщалось о масштабируемом подходе с использованием микроволнового излучения, позволяющего напрямую синтезировать графен с размером, отличным от графита, за один этап. Полученный графен не требует обработки, поскольку он содержит очень мало кислорода. Такой подход позволяет избежать использования перманганата калия в реакционной смеси. Также, что с помощью микроволнового излучения, оксид графена с дырками или без них можно синтезировать, контролируя время микроволнового излучения. В этом методе используется рецепт, аналогичный методу Хаммера, но с использованием микроволнового метода вместо традиционного. Микроволновое нагревание может сократить время реакции с нескольких дней до секунд.
Ускорение двигателя под действием электрического поля в полупроводник, сделанный из тонких пленок Ni на подложке из SiO2 / Si, создается масштаб пластины (4 дюйма (100 мм)) слой графена без морщин / разрывов / остатков, который изменяет физические, химические и электрические свойства полупроводника. В этом процессе используется 20 кэВ и доза 1 × 10 см при низкой температуре 500 ° C. За этим последовал высокотемпературный активационный отжиг (600–900 ° C) для образования структур с sp-связями.
Исследователи нагревали соевое масло в печи в течение ≈30 минут.. Тепло разложило масло на элементарный материал, который осел на никелевой фольге в виденослойного / многослойного графена.
Оксид графена можно преобразовать в графен с помощью бактерий Shewanella oneidensis
Flash Joule Heating - это недавно разработанный и менее трудоемкий метод получения высококачественного графена, открытый Университетом Райса. Джоулева нагревание (омическое нагревание) - это асептический метод мгновенной пастеризации (также называемый «высокотемпературной кратковременной» (HTST)), при котором через пищу пропускается переменный ток частотой 50–60 Гц. Тепло создается за счет электрического сопротивления пищи. Если компонент нагревается, наблюдается линейное повышение электропроводности. Некоторые недавние результаты исследований показывают, что исследователи обеспечивают самый высокий синтез графена при 1 г на вспышку, но Тур говорит, что впоследствии они сделали 5 г на вспышку в лаборатории и в настоящее время имеют грант от Министерства энергетики США на масштабирование до 100 г на вспышку.
В процессе мгновенного джоулева системы (FJH) пищевые отходы (отходы энергии), пластмассы, дерево, бумага, одежда и другие материалы могут быть преобразованы в графен, быстро нагревая его до 3000 K (2730 ° C; 4940) ° F) в течение 10 миллисекунд.
Низкоэнергетическая электронная микроскопия (LEEM) и фотоэмиссионная электронная микроскопия (PEEM) - это методы, подходящие для выполнения динамических наблюдений за поверхностями с нанометровым разрешением в вакууме. С помощью LEEM можно проводить эксперименты по дифракции низкоэнергетических электронов (LEED) и микро-LEED. ДМЭ - стандартный метод исследования структуры поверхности кристаллического материала. Электроны с низкой энергией (20–200 эВ) ударяются о поверхность, и упруго рассеянные обратно электроны освещают дифракционную картину на флуоресцентном экране. Метод ДМЭ является поверхностно-чувствительным методом, поскольку электроны имеют низкую плотность. Например, ДМЭ микроразмеров выявил наличие вращательных изменений графена на подложке SiC.
Рамановская спектроскопия может предоставить информацию о слоях на стопках графена, атомная структура краев графена, беспорядок и дефекты, порядок наложения между различными слоями, эффект деформации и перенос заряда. Графен имеет три основных особенности в своем спектре комбинационного рассеяния, называемые моды D, G и 2D (также называемые G '), которые проявляются примерно при 1350, 1583 и 2700 см-1.
В сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) острый наконечник сканирует образец поверхности в режиме таких расстояний между иглой и образцом, что электроны могут квантово туннелировать от наконечника к поверхности образца или наоборот. СТМ может работать в режиме постоянного тока или постоянной высоты. Низкотемпературные измерения СТМ обеспечивает термическую стабильность, которая является требованием для получения высокого разрешения и спектроскопического анализа. Первые изображения с атомным разрешением графена, выращенного на платиновой подложке, получены с помощью СТМ в 1990-х годах.
Атомно-силовая микроскопия (АСМ) в основном используется для измерения силы между атомами, расположенными на острие иглы (на кантилевере), и атомами на поверхности образца. Изгиб кантилевера в результате взаимодействия иглы и образца обнаруживается и преобразуется в электрический сигнал. Режим электростатической силовой микроскопии AFM использовался для обнаружения поверхностного слоя графена как функция изменения толщины, позволяющая количественно оценить карты разности потенциалов, различие между слоями графена разной толщины.
Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) использует электроны для создания изображений с высоким разрешением, поскольку использование электронов позволяет преодолеть ограничение длины волны видимого света. ПЭМ на графене следует проводить с помощью энергии электронов менее 80 кэВ, чтобы вызвать меньшее количество дефектов, эта энергия является пороговой энергией электронов для повреждения одностенной углеродной нанотрубки. Есть и другие трудности в исследовании графена с помощью ПЭМ, например, в геометрии плоского вида (графен вид сверху) подложка вызывает сильное рассеяние электронов, а толстая подложка делает невозможным создание слоя графена. Как для этого требуется моделирование изображений ПЭМ.
В растровая электронная микроскопия (SEM), пучок электронов высокой энергии (от нескольких 100 эВ до нескольких кэВ) используется для генерации различных сигналов на поверхности образца. Эти сигналы, которые исходят от взаимодействия электронов с образцом, раскрывают информацию об образце, включая морфологию поверхности, кристаллическую структуру и химический состав. СЭМ также используется для характеристики роста графена на SiC. Из-за его атомной толщины графен обычно обнаруживается с помощью вторичных электронов, которые исследуют только поверхность образца. С помощью SEM-можно наблюдать различный контраст, например толщину, шероховатость и контраст изображения; более яркая область показывает более тонкую часть графена. Контраст шероховатости графенового слоя разным обнаруженных вторичных электронов. Такие дефекты, как морщины, разрывы и складки, можно изучить с помощью различного контраста на изображениях, полученных с помощью SEM.
