Лазерная модификация оксида графена

-->

К настоящему моменту разработано огромное количество методов получения графена, однако данная проблема не перестает беспокоить умы. Виной тому служит огромная перспективность графена, обусловленная сверхвысокой подвижностью носителей заряда, что в перспективе может позволить отказаться от кремния в качестве основного материала эры кремневой электроники. Успех в использовании лазера для поверхностной модификации тонких пленок, а также термическая неустойчивость оксида графена натолкнула коллектив исследователей из Сингапура на возможность лазерной модификации поверхности оксида графена (GO), с его последующим восстановлением до графена (G).

Image-091.jpg Рисунок 1. Механизм разрезания оксида графена в атмосфере воздуха
с последующим восстановлением до графена.

Image-092.jpg Рисунок 2. Механизм нанесения
полосок графена на оксид графена
в инертной атмосфере азота.

Bнутренние слои графена обладают эпоксидными и гидроксильными группами, в то время как крайние слои оскида графена содержат карбонильные и карбоксильные группы, которые разрушают ароматичность всей системы в целом, в частности, именно поэтому оксид графена представляет собой изолятор.

Авторы статьи предложили вырезать на поверхности шестислойного GO, нанесенного на кварцевую подложку, островки с заданной формой, с последующим восстановлением гидразином или отжигом при высокой температуре (рис.1). Эта процедура производилась на воздухе. Если же проводить разрезание лазером в инертной атмосфере (например, азота), то в местах разреза GO восстанавливается до G, что и является уникальной особенностью предложенного метода (рис.2).

Image-093.jpg Рисунок 3 (слева) На риснуке представлен график, на котором изображен результат пространственно разрешенной рамановской спектроскопии оксида графена до и после разрезания.

Image-094.jpg Рисунок 4 (справа) На графике представлена вольт-амперная характеристика модифицированного лазером участка GO в инертной атмосфере азота.

Для измерения толщины оксида графена, а так же для того, чтобы убедиться в отсутствии аморфного углерода была использована рамановская спектроскопия с высоким разрешением. Было установлено, что интенсивность пика на спектре прямо пропорциональна числу слоев графена. Это позволяет утверждать, что разрезанию подвергается лишь три верхних слоя (рис.3). Положение и форма пиков до и после разрезания, подтверждают отсутствие фазы аморфного углерода. Отметим, что исследователи успешно разрезали десятислойный GO, однако с возрастанием числа слоев, возрастает и жесткость листов, что затрудняет опредение числа слоев подвергнутых разрезанию. Вместе с тем, исследователи не смогли разрезать менее 5 слоев GO, а пятислойный GO дал плоховоспроизводимый результаты. На рисунке 4 представлена вольт-амперная характеристика учатска GO модифицированного лазером в инертной атмосфере азота, которая подтверждает образование графена.

Image-095.jpg Рисунок 5. На рисунке представлены результаты математического расчета абсорбции энергии лазерного излучения.

Исследователи решили не останавливаться на достигнутом и найти математическое обоснование полученным результатам. На рисунке 5 видно, что 4 слоев GO недостаточно для абсорбции энергии, необходимой для окисления углеродного скелета, в то время как пятислойный GO может окислиться лишь частично. На основании этих же математических обоснований было установлено, что температура трех верхних слоев шестислойного GO достигает 500 градусов, что достаточно для окисления до CO и CO2, что объясняет наблюдаемое на пракике разрезание только трех верхних слоев GO.

Опубликовано в NanoWeek,


Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.3 (4 votes)
Источник(и):

http://www.nanometer.ru/…_156646.html