Laiapinnalise grafeeni valmistamine keemilise aurufaassadestuse meetodil: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Resümee puudub |
Resümee puudub |
||
28. rida:
Grafeeni CVD-sünteesil kasutatakse prekursoritena süsinikmaterjale, enamasti metaani, aga ka eteeni või heksaani.<ref name="A. Reina">A. Reina, X. Jia, J. Ho, D. Nezich, H. Son, V. Bulovic, M. S. Dresselhaus and J. Kong, Large area, few-layer graphene films on arbitrary substrates by chemical vapor deposition. Nano Letters 9 (2009) 30-35</ref> <ref>Y. Yao, Z. Li, Z. Lin, K-S Moon, J. Agar and C. Wong, Controlled growth of multilayer, few-layer, and single-layer graphene on metal substrates. J. Phys. Chem. 115 (2010) 5232-5238</ref> <ref>D. Kondo, S. Sato, K. Yagi, N. Harada, M. Sato, M. Nihei and N. Yokoyama, Low-temperature synthesis of graphene and fabrication of top-gated field effect transistors without using transfer processes. Applied Physics Express 3 (2010) 025102</ref> <ref name="Suhkur">http://www.nanomagazine.co.uk/index.php?option=com_content&view=article&id=1341:sugar-and-slice-make-graphene-real-nice&catid=38:nano-news&Itemid=159</ref>
<ref name="X. Li">X. Li, W. Cai, J. An, S. Kim, J. Nah, D. Yang, R. Piner, A. Velamakanni, I. Jung, E. Tutuc, S. K. Banerjee, L. Columbo and R. S. Ruoff, Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils. Science 324 (2009) 1312-1314</ref> <ref>A. Reina, S. Thiele, X. Jia, S. Bhaviripudi, M. S. Dresselhaus, J. A. Schaefer and J. Kong, Growth of large-area single- and bi-layer graphene by controlled carbon precipitation on polycrystalline Ni surfaces. Nano Res., 2 (2009) 509-516</ref> <ref>http://arxiv.org/abs/0912.5485</ref> <ref>Y-H. Lee, J-H. Lee, Scalable growth of free-standing graphene wafers with copper (Cu) catalyst on SiO2/Si substrate: Thermal conductivity of the wafers. Appl. Phys. Lett., 96 (2010) 083101</ref> <ref>J. Park, J. Meyer, S. Roth and V. Skakalova, Growth and properties of few-layer graphene prepared by chemical vapor deposition. Carbon 48 (2010) 1088-1094</ref> <ref>A. Srivastava, C. Galande, L. Ci, L. Song, C. Rai, D. Jariwala, K. F. Kelly and P. M. Ajayan, Novel liquid precursor-based facile synthesis of large-area continuous, single, and few-layer graphene films. Chem.Mater., 22 (2010) 3457-3461</ref> <ref>Y. Lee, S. Bae, H. Jang, S. Jang, S-E. Zhu, S. H. Sim, Y. I. Song, B. H. Hong and J. H. Ahn, Wafer-scale synthesis and transfer of graphene films. NanoLetters 10 (2010) 490-493</ref> <ref>M. P. Levendorf, C. S. Ruiz-Vargas, S. Garg and J. Park, Transfer-free batch fabrication of single layer graphene transistors. Nano Letters 9 (2009) 4479-4483</ref>
On katsetatud ka teisi süsinikku sisaldavaid ühendeid, näiteks ''[http://en.wikipedia.org/wiki/Poly%28methyl_methacrylate%29 PMMA]''-d ja isegi suhkrut.<ref name="Suhkur"/>
44. rida:
==CVD nikli näitel==
Eraldunud süsinik difundeerub esmalt niklisse, seejärel segregeerub ja sadestub jahutamise käigus pinnale, moodustades grafeeni. Jahutamise käigus väheneb süsiniku lahustuvus niklis, mis 900 °C juures on 0,9 a%, järsult 0,1 a% toatemperatuuril.<ref name="W. Cai">X. Li, W. Cai, L. Colombo and R. S. Ruoff, Evolution of graphene growth on Ni and Cu by carbon isotope labeling. Nano Letters 9 (2009) 4268-4272</ref> <ref name="S. Bhaviripudi">S. Bhaviripudi, X. Jia, M. S. Dresselhaus and J. Kong, Role of kinetic factors in chemical vapor deposition synthesis of uniform large area graphene using copper catalyst. Nano Letters 10 (2010) 4128-4133</ref>
Grafeeni moodustumiseks nikli pinnale on seega väga oluline metallaluse jahutamise kiirus.<ref name="Q. Yu"/> Nimelt tekib ülikiirel jahutamisel (20 °C/s) kustutamise efekt, lahustunud süsinikuaatomid kaotavad oma liikuvuse veel enne kui nad laiali hajuvad, st. nad ei suuda lühikese ajaga pinnale segregeeruda. Kiirel/keskmisel jahutamisel (10 °C/s) suudavad süsinikuaatomid aga segregeeruda nikli pinnale. Väga aeglasel jahutamisel (0,1 °C/s) on süsinikuaatomitel piisavalt aega difundeeruda metalli sisemusse ning seetõttu ei jätku aatomeid pinnale, et moodustada grafeeni/grafiiti.<ref name="Q. Yu"/>
50. rida:
Lisaks jahutamise efektile sõltub monokihilise grafeeni teke nikli pinnale veel ka metalli paksusest ja kasvatamise ajast. Nimelt ~100 nm paksusele niklikihile tekib 30 s kasvatamise käigus suurema tõenäosusega monokihiline grafeen (ca 60%), kui 300 nm paksusele niklile 3 min jooksul, kus monokihi osakaal on tavaliselt ca 5%.<ref name="K. S. Kim"/> Monokihiline grafeen tekib samas pigem suurematele nikli terakestele kui väikestele, sest väiksemad terakesed on eelistatult mitmekihilise grafeeni nukleatsioonitsentriteks.<ref name="A. Reina"/>
==CVD vase näitel==
Suuremate kristalliitidega (>100 µm) vaskfooliiumi kasutamine<ref name="C. Miao"/> ning süsiniku vähene lahustuvus vases (<0,001 a% toatemperatuuril)<ref name="S. Bhaviripudi"/> tagavad monokihilise grafeeni tekke (ca 95% pindalast). See on ka põhjuseks, miks CVD protsessis eelistatakse enamasti kasutada vaske.<ref name="X. Li"/>
Vase korral on grafeenikile formeerumise protsess erinev nikli kasutamisel toimuvast: siin süsinik ainult adsorbeerub vase pinnale, kuid ei toimu selle difundeerumist metalli ega segregeerumist pinnale, sest süsiniku lahustuvus vases on tühine, järelikult on grafeeni kasvu protsess iselimiteeruv. <ref name="W. Cai"/> <ref name="S. Bhaviripudi"/>
Seega vase paksusel siin erilist tähtsust ei ole, väga õhukeste vaskfooliumite korral on aga oht, et reaktoris vasekiht aurustub.
Antud juhul ei ole ka kasvatamise kestvusel samuti kriitilist tähtsust – monokiht kasvab nii 10 kui 60 min jooksul. Sadestusaja lühendamisel on aga piir: liiga lühikese aja jooksul ei jätku süsinikku kogu pinna katmiseks ning saadakse väiksemad grafeenidomeenid.<ref name="X. Li"/>
Suuri erinevusi ei ole täheldatud ka jahutamiskiiruste varieerumisel, sest sarnaseid tulemusi on saadud nii ülikiirel (>300 °C/min) kui ka aeglasemal jahutamisel (40 °C/min), mida võib põhjendada süsiniku vähese lahustuvusega metallis.<ref name="X. Li"/>
Niisiis võib järeldada, et monokihilise grafeeni teke vase pinnale sõltub peamiselt vaid lähteainest<ref name="Y. Yao"/>, sadestamise temperatuurist ning rõhust.<ref name="S. Bhaviripudi"/>
== Viited ==
| |||