Faafetai mo le asiasi ile Nature.com. Ole lomiga ole su'esu'ega o lo'o e fa'aogaina e fa'atapula'aina le lagolago a le CSS. Mo fa'ai'uga sili, matou te fautua atu e te fa'aogaina se fa'amatalaga fou o lau su'esu'ega (pe fa'amalo le Faiga Fa'atatau ile Internet Explorer). I le taimi nei, ina ia mautinoa le lagolago faifaipea, o loʻo matou faʻaalia le saite e aunoa ma le siiina poʻo le JavaScript.
Nanoscale graphite films (NGFs) o ni nanomaterials malosi e mafai ona gaosia e ala i le faʻaputuina o ausa vailaʻau faʻamaʻi, ae o loʻo tumau pea fesili e uiga i le faigofie o le fesiitaiga ma pe faʻafefea ona aʻafia le faʻaogaina o le faʻaogaina i masini e sosoo ai. O iinei matou te lipotia ai le tuputupu aʻe o le NGF i itu uma e lua o le polycrystalline nickel foil (vaega 55 cm2, mafiafia e uiga i 100 nm) ma lona polymer-saoloto fesiitaiga (luma ma tua, vaega e oo atu i le 6 cm2). Ona o le morphology o le catalyst foil, o ata kaponi e lua e eseese i o latou meatotino faaletino ma isi uiga (e pei o le talatala o luga). Matou te faʻaalia o NGF ma le pito i tua e sili atu ona fetaui lelei mo le NO2 suʻesuʻega, ae sili atu le faʻalelei ma sili atu le faʻaogaina o NGF i le pito i luma (2000 S / cm, tetee i luga o le laupepa - 50 ohms / m2) e mafai ona avea ma taʻavale aoga. auala po'o le eletise o le solar cell (talu ai le 62% o le malamalama vaaia). I le aotelega, o le fa'amatalaina o le tuputupu a'e ma felauaiga e mafai ona fesoasoani i le iloa o le NGF o se isi mea kaponi mo fa'aoga fa'atekonolosi e le talafeagai ai ata graphene ma micron-mafiafia.
O le graphite o se mea fa'aaogā fa'apisinisi. Aemaise lava, o le graphite o loʻo i ai uiga o le maualalo o le mamafa o le mamafa ma le maualuga i totonu o le vaalele ma le eletise eletise, ma e matua mautu i siosiomaga vevela ma vailaʻau1,2. Flake graphite ose mea amata lauiloa mo su'esu'ega kalafi3. Pe a faʻagasolo i ata manifinifi, e mafai ona faʻaaogaina i le tele o faʻaoga, e aofia ai le vevela mo masini faʻaeletoroni e pei o smartphones4,5,6,7, e avea o se mea galue i sensors8,9,10 ma mo le puipuiga faʻalavelave electromagnetic11. 12 ma ata mo lithography i le ultraviolet tele13,14, faʻatautaia ala i sela sola15,16. Mo nei talosaga uma, o le a avea ma se avanoa taua pe afai e mafai ona faigofie ona gaosia ma felauaiga vaega tetele o ata graphite (NGFs) ma mafiafia e pulea i le nanoscale <100 nm.
O ata graphite e gaosia i auala eseese. I se tasi tulaga, o le faʻapipiʻiina ma le faʻalauteleina o loʻo sosoʻo ma le exfoliation na faʻaaogaina e maua ai graphene flakes10,11,17. O fasipepa e tatau ona fa'agasolo atili e fai ma ata tifaga e mana'omia le mafiafia, ma e tele aso e fa'atupu ai ni laupepa mafiafia. O le isi auala o le amata i graphitable solid precursors. I alamanuia, o laupepa o polymers e fa'a carbonized (i le 1000-1500 °C) ona fa'asolo lea i le kalafi (i le 2800-3200 °C) e fausia ai mea fa'apipi'i lelei. E ui lava o le lelei o nei ata tifaga e maualuga, o le faʻaaogaina o le malosi e taua1,18,19 ma le laʻititi laʻititi e faʻatapulaʻa i nai microns1,18,19,20.
Catalytic vapor deposition (CVD) o se auala lauiloa mo le gaosia o ata graphene ma ultrathin graphite (<10 nm) faʻatasi ai ma le maualuga o le fausaga ma le tau talafeagai21,22,23,24,25,26,27. Ae ui i lea, pe a faʻatusatusa i le tuputupu aʻe o graphene ma ultrathin graphite films28, o le tuputupu aʻe o le tele ma / poʻo le faʻaogaina o le NGF e faʻaaoga ai le CVD e itiiti lava le suʻesuʻeina11,13,29,30,31,32,33.
E masani ona mana'omia le tu'uina atu i luga o mea faigaluega34. O nei fesiitaiga ata manifinifi e aofia ai auala autu e lua35: (1) fesiitaiga e le-etch36,37 ma le (2) fesiitaiga susū susū etch (lagolagoina)14,34,38. O metotia taʻitasi e iai ni faʻamanuiaga ma faʻaletonu ma e tatau ona filifilia e faʻatatau i le faʻamoemoeina o le faʻaogaina, e pei ona faʻamatalaina i se isi mea35,39. Mo ata graphene / graphite o loʻo tupu i luga o substrates catalytic, faʻafeiloaʻi e ala i vailaʻau susu (lea o le polymethyl methacrylate (PMMA) o le faʻaoga lagolago sili ona faʻaaogaina) e tumau pea le filifiliga muamua13,30,34,38,40,41,42. oe et al. Na taʻua e leai se polymer na faʻaaogaina mo le NGF fesiitaiga (faʻataʻitaʻiga tele e tusa ma le 4 cm2) 25,43, ae leai ni faʻamatalaga na tuʻuina atu e uiga i faʻataʻitaʻiga mautu ma / poʻo le taulimaina i le taimi o le fesiitaiga; O faiga kemisi susu e fa'aaoga ai polymers e aofia ai le tele o laasaga, e aofia ai le fa'aogaina ma le aveeseina mulimuli ane o se taulaga polymer layer30,38,40,41,42. O lenei faiga e iai ni fa'aletonu: mo se fa'ata'ita'iga, e mafai e le polymer toega e mafai ona suia ai meatotino o le ata ua tupu. O isi gaioiga e mafai ona aveese ai polymer totoe, ae o nei laasaga faaopoopo e faʻateleina ai le tau ma le taimi o le gaosiga o ata tifaga38,40. I le taimi o le tuputupu aʻe o le CVD, o se vaega o le graphene e teuina e le gata i le pito i luma o le pepa faʻapipiʻi (le itu e faʻasaga i le ausa), ae faʻapea foʻi i lona pito i tua. Ae ui i lea, o le mea mulimuli e manatu o se mea leaga ma e mafai ona vave aveese e le plasma vaivai38,41. O le toe fa'aaogaina o lenei ata e mafai ona fesoasoani i le fa'ateleina o fua, e tusa lava pe maualalo le lelei nai lo foliga kaponi ata.
O iinei, matou te lipoti atu ai le sauniuniga o le faʻalauteleina o le faʻatupuina o le NGF faʻatasi ai ma le maualuga o le fausaga i luga o le polycrystalline nickel foil e le CVD. Na su'esu'eina pe fa'afefea ona a'afia le talatala o le pito i luma ma le pito i tua o le pepa pepa i le morphology ma le fausaga o le NGF. Matou te faʻaalia foi le taugofie ma le siosiomaga faʻafeiloaʻi polymer-saoloto le faʻaliliuina o le NGF mai itu uma o le nickel foil i luga o substrates multifunctional ma faʻaalia pe faʻafefea ona talafeagai ata i luma ma tua mo faʻaoga eseese.
O vaega o lo'o mulimuli mai o lo'o fa'atalanoaina le mafiafia o ata tifaga eseese e fa'atatau i le aofa'i o fa'aputu kalafi: (i) kalafi tasi (SLG, 1 apa), (ii) nai kalafi (FLG, <10 apa), (iii) kalafi fa'atele ( MLG, 10-30 laulau) ma (iv) NGF (~300 laulau). O le mafiafia pito sili ona taatele o lo'o fa'aalia o se pasene o le eria (tusa ma le 97% le eria i le 100 µm2)30. O le mea lea ua ta'ua ai le ata atoa o le NGF.
Polycrystalline nickel foils faʻaaogaina mo le tuʻufaʻatasia o ata graphene ma graphite e eseese le laiga ona o le latou gaosiga ma le gaioiga mulimuli ane. Na matou lipotia talu ai nei se suʻesuʻega e faʻamalieina ai le faʻatupulaia o le NGF30. Matou te faʻaalia o faʻasologa o gaioiga e pei o le taimi faʻafefe ma le mamafa o potu i le taimi o le tuputupu aʻe o loʻo i ai se sao taua i le mauaina o NGF o le mafiafia tutusa. O iinei, na matou suʻesuʻeina atili ai le tuputupu aʻe o le NGF i luga o le faʻamalama pito i luma (FS) ma le le faʻapolopolo pito i tua (BS) luga ole pepa nickel (Fig. 1a). E tolu ituaiga o faʻataʻitaʻiga FS ma BS na suʻesuʻeina, lisiina i le Laulau 1. I luga o le vaʻaiga vaʻaia, o le tuputupu aʻe tutusa o le NGF i itu uma e lua o le nickel foil (NiAG) e mafai ona iloa i le suiga o le lanu o le vaega tele Ni substrate mai se ario metallic uiga. efuefu i se lanu efuefu matte (Ata. 1a); na faʻamaonia fua faʻapitoa (Fig. 1b, c). O se alaleo masani Raman o le FS-NGF o loʻo matauina i le itulagi susulu ma faʻaalia e lanu mumu, lanumoana ma moli i le Ata 1b o loʻo faʻaalia i le Ata 1c. O uiga Raman tumutumu o graphite G (1683 cm-1) ma 2D (2696 cm-1) faʻamaonia le tuputupu aʻe o le NGF maualuga tioata (Fig. 1c, Table SI1). I le taimi atoa o le ata tifaga, o se faʻataʻitaʻiga o le Raman spectra faʻatasi ai ma le malosi (I2D / IG) ~ 0.3 na matauina, ae o Raman spectra faʻatasi ma I2D / IG = 0.8 e seasea matauina. O le leai o ni tumutumu faaletonu (D = 1350 cm-1) i le ata atoa o loʻo faʻaalia ai le maualuga o le tuputupu aʻe o le NGF. Na maua i'uga tutusa Raman ile fa'ata'ita'iga BS-NGF (Ata SI1 a ma le b, Laulau SI1).
Fa'atusatusaga o le NiAG FS- ma le BS-NGF: (a) Ata o se fa'ata'ita'iga masani NGF (NiAG) o lo'o fa'aalia ai le tuputupu a'e o le NGF i le fua o le wafer (55 cm2) ma fa'ai'uga BS- ma FS-Ni fa'ata'ita'iga pepa, (b) FS-NGF Ata / Ni maua mai i se microscope opitika, (c) masani Raman spectra faamaumauina i tulaga eseese i le panel b, (d, f) SEM ata i fa'alautelega eseese i luga o FS-NGF/Ni, (e, g) SEM ata i fa'alautelega eseese Seti BS -NGF/Ni. O le aū lanumoana o loʻo faʻaalia ai le FLG, o le moli moli e faʻaalia ai le MLG (latalata i le FLG region), o le aū mumu e faʻaalia ai le NGF, ma le magenta arrow e faʻaalia ai le gaugau.
Talu ai o le tuputupu aʻe e faʻalagolago i le mafiafia o le muamua substrate, tioata tioata, faʻasologa, ma tuaoi o saito, o le ausiaina o le pulea lelei o le NGF mafiafia i luga o vaega tetele e tumau pea le luitau20,34,44. O lenei suʻesuʻega na faʻaaogaina ai mea na matou lomia muamua30. O lenei faiga e maua ai se itulagi susulu o le 0.1 i le 3% i le 100 µm230. I vaega o loʻo mulimuli mai, matou te tuʻuina atu iʻuga mo ituaiga uma o itulagi. O ata maualuga o le SEM faʻalauteleina o loʻo faʻaalia ai le i ai o le tele o vaega eseese faʻamalamalama i itu uma e lua (Fig. 1f, g), e faʻaalia ai le i ai o FLG ma MLG itulagi30,45. Na faʻamaonia foi lea e Raman faʻasalalau (Fig. 1c) ma taunuʻuga TEM (talanoaina mulimuli ane i le vaega "FS-NGF: fausaga ma meatotino"). O itulagi FLG ma MLG o loʻo matauina i luga o faʻataʻitaʻiga FS- ma BS-NGF / Ni (mua ma tua NGF o loʻo tupu i luga o Ni) atonu na tupu aʻe i luga o fatu tetele Ni (111) na faia i le taimi muamua o le faʻamaʻi22,30,45. Sa matauina le gaugau i itu uma e lua (Ata 1b, faailogaina i aū lanu viole). O nei gauga e masani ona maua i ata CVD-tupu graphene ma graphite ona o le eseesega tele i le coefficient o le faʻalauteleina o le vevela i le va o le graphite ma le nickel substrate30,38.
O le ata AFM na faʻamaonia ai o le faʻataʻitaʻiga FS-NGF e sili atu le faʻamaonia nai lo le faʻataʻitaʻiga BS-NGF (Ata SI1) (Ata SI2). Ole fua ole sikuea (RMS) ole FS-NGF/Ni (Fig. SI2c) ma le BS-NGF/Ni (Fig. SI2d) e 82 ma le 200 nm, i le faasologa (fuaina i luga o le eria o le 20 × 20 μm2). O le maualuga maualuga e mafai ona malamalama i luga o le suʻesuʻeina o luga ole nickel (NiAR) pepa i le tulaga e pei ona maua (Ata SI3). O ata SEM o le FS ma le BS-NiAR o loʻo faʻaalia i Ata SI3a-d, faʻaalia foliga eseese i luga o le eleele: faʻapolopolo FS-Ni pepa faʻapipiʻi nano-ma micron-sized spherical particles, ae o le BS-Ni foil e leʻi faʻasalaina o loʻo faʻaalia ai se apefai gaosiga. e pei o ni vaega e maualuga le malosi. ma teena. O ata maualalo ma maualuga o fa'ailoga nickel foil (NiA) o lo'o fa'aalia i le Ata SI3e-h. I nei fuainumera, e mafai ona tatou matauina le i ai o ni nai vaega nikeli lapopoa micron i itu uma e lua o le pepa nickel (Fig. SI3e–h). O fatu lapopoa e mafai ona i ai se Ni (111) faʻavae luga, e pei ona lipotia muamua30,46. E iai le eseesega tele i le morphology nickel foil i le va o le FS-NiA ma le BS-NiA. O le maualuga maualuga o le BS-NGF / Ni e mafua ona o le le faʻafefeteina o le BS-NiAR, o loʻo tumau pea le talatala e tusa lava pe maeʻa faʻamaʻi (Ata SI3). O lenei ituaiga o faʻamatalaga o luga aʻo leʻi oʻo i le faʻagasologa o le tuputupu aʻe e mafai ai ona pulea le gaogao o ata graphene ma graphite. E tatau ona maitauina o le uluai substrate na faia se toe faʻatulagaina o saito i le taimi o le tuputupu aʻe o le graphene, lea na faʻaititia ai le tele o le saito ma fai si faʻateleina le gaʻo o le eleele pe a faʻatusatusa i le pepa faʻapipiʻi ma catalyst film22.
Fa'alelei-fa'alelei le gaogao o le substrate, taimi fa'amuta (tele saito)30,47 ma fa'asa'oloto control43 o le a fesoasoani fa'aitiitia fa'aitulagi NGF mafiafia mafiafia tutusa i le μm2 ma / po'o le nm2 fua (ie, fesuiaiga mafiafia o nai nanometers). Ina ia fa'atonutonuina le ga'a o le mea'ai, o metotia e pei o le fa'alelei eletise o le pepa nickel e maua mai e mafai ona mafaufauina48. O le pepa nickel pretreated e mafai ona faʻapipiʻiina i se vevela maualalo (<900 °C) 46 ma le taimi (<5 min) e aloese ai mai le faʻavaeina o fatu Ni(111) tetele (lea e aoga mo le tuputupu aʻe o le FLG).
E le mafai e le SLG ma le FLG graphene ona fa'asagatau i le fa'amatagofieina o mea'ai ma vai, e mana'omia ai ni fa'apalapala lagolago fa'ainisinia i le taimi e su'e ai vaila'au susu22,34,38. I le faʻatusatusa i le faʻafefeina o vailaʻau susu o le polymer-supported single-layer graphene38, na matou iloa ai o itu uma e lua o le NGF ua tupu aʻe e mafai ona faʻafeiloaʻi e aunoa ma le lagolago polymer, e pei ona faʻaalia i le Ata 2a (silasila i le Ata SI4a mo nisi faʻamatalaga). O le fa'aliliuina o le NGF i se mea'ai tu'uina atu e amata i le susū susu o le ata Ni30.49 fa'avae. O faʻataʻitaʻiga NGF / Ni / NGF tuputupu aʻe na tuʻuina i le po i le 15 mL o le 70% HNO3 faʻafefeteina i le 600 mL o le vai deionized (DI). A maeʻa ona faʻamavae atoa le Ni foil, FS-NGF e tumau pea ma faʻafefe i luga o le vai, e pei lava o le NGF / Ni / NGF faʻataʻitaʻiga, aʻo BS-NGF e faʻaofuofu i le vai (Fig 2a,b). Ona ave lea o le NGF tu'ufua mai le tasi fagu o lo'o i ai le vai fou fa'aonaona i le isi fagu ma fufulu lelei le NGF tu'ufua, toe fai fa i le fa'aono i le ipu tioata. Mulimuli ane, FS-NGF ma BS-NGF na tuʻuina i luga o le mea e manaʻomia (Fig. 2c).
Fa'asologa o vaila'au susu e leai se polymer mo le NGF o lo'o tupu i luga o pepa nickel: (a) Fa'asologa o le fa'agasologa (silasila i le Ata SI4 mo nisi fa'amatalaga), (e) Ata fa'atekinolosi o le NGF tu'ueseese pe a mae'a Ni etching (2 fa'ata'ita'iga), (c) Fa'ata'ita'iga FS - ma BS-NGF faʻafeiloaʻi i le SiO2 / Si substrate, (d) FS-NGF faʻafeiloaʻi i le opaque polymer substrate, (e) BS-NGF mai le faʻataʻitaʻiga tutusa e pei o le panel d (vaevae i ni vaega se lua), faʻafeiloaʻi i le pepa C faʻapipiʻi auro. ma le Nafion (mea e mafai ona fetuutuunai manino, pito ua faailogaina i tulimanu mumu).
Manatua o le fa'aliliuina o le SLG e fa'aaogaina i le fa'aogaina o vaila'au susū e mana'omia ai le taimi atoa e fa'agasolo ai le 20–24 itula 38 . Fa'atasi ai ma le polymer-free transfer technique o lo'o fa'aalia iinei (Ata SI4a), o le aofa'iga atoa ole taimi ole fa'aliliuina ole NGF ua matua fa'aitiitia (pe a ma le 15 itula). O le faagasologa e aofia ai: (Laasaga 1) Saunia se vaifofo etching ma tuʻu le faʻataʻitaʻiga i totonu (~ 10 minute), ona faʻatali lea mo le po mo Ni etching (~ 7200 minute), (Laasaga 2) Fufulu i le vai deionized (Laasaga - 3) . teu i le vai fa'a'ona po'o le tu'u atu i le mea e fa'atatau i ai (20 min). O le vai o loʻo puʻeina i le va o le NGF ma le tele matrix e aveese e le capillary action (faʻaaogaina o le pepa paʻu)38, ona aveese lea o matāua vai o loʻo totoe e ala ile faʻamago masani (pe tusa ma le 30 min), ma mulimuli ane faʻamago le faʻataʻitaʻiga mo le 10 min. min i totonu o se ogaumu gaogao (10–1 mbar) i le 50–90 °C (60 min) 38.
Ua iloa le graphite e tetee atu i le vai ma le ea i le maualuga o le vevela (≥ 200 °C)50,51,52. Na matou faʻataʻitaʻiina faʻataʻitaʻiga e faʻaaoga ai le Raman spectroscopy, SEM, ma le XRD pe a uma ona teuina i totonu o vai faʻafefeteina i le vevela o le potu ma totonu o fagu faʻamaufaʻailoga mo soʻo se mea mai nai aso i le tasi le tausaga (Ata SI4). E leai se fa'aletonu iloga. O le ata 2c o lo'o fa'aalia ai le FS-NGF ma le BS-NGF o lo'o tu'u fua ile vai fa'a'ona. Na matou puʻeina i latou i luga o le SiO2 (300 nm) / Si substrate, e pei ona faʻaalia i le amataga o le Ata 2c. E le gata i lea, e pei ona faʻaalia i le Ata 2d, e, faʻaauau le NGF e mafai ona faʻafeiloaʻi i mea eseese e pei o polymers (Thermabright polyamide mai Nexolve ma Nafion) ma pepa kaponi ua ufiufi auro. O le FS-NGF opeopea na faigofie ona tuʻuina i luga o le mea faʻatatau (Fig. 2c, d). Peita'i, o fa'ata'ita'iga BS-NGF lapo'a nai lo le 3 cm2 sa faigata ona fa'aogaina pe a fa'atofu atoa i le vai. E masani lava, pe a amata ona taʻavale i totonu o le vai, ona o le le faʻaeteete o le taulimaina o nisi taimi e malepe ai i ni vaega se lua pe tolu (Ata. 2e). I le aotelega, na mafai ona matou ausia le faʻaogaina o le PS- ma le BS-NGF e leai se polymer (faʻaauau le faʻaogaina e aunoa ma le NGF / Ni / NGF tuputupu aʻe i le 6 cm2) mo faʻataʻitaʻiga e oʻo atu i le 6 ma le 3 cm2 i le eria, i le faasologa. So'o se vaega tele po'o ni vaega laiti e totoe e mafai ona (faigofie ona va'aia i le vai etching po'o le vai deionized) i luga o le substrate mana'omia (~ 1 mm2, Ata SI4b, va'ai fa'ata'ita'iga fa'aliliu atu i le kopa grid e pei o le "FS-NGF: Structure and Properties (talanoaina) i lalo o le "Fa'atulagaga ma Meatotino") po'o le faleoloa mo le fa'aoga i le lumana'i (Ata SI4). Faʻavae i luga o lenei faʻataʻitaʻiga, matou te faʻatusatusaina e mafai ona toe maua le NGF i fua e oʻo atu i le 98-99% (pe a uma le tuputupu aʻe mo le fesiitaiga).
Fa'aliliuina fa'ata'ita'iga e aunoa ma se polymer sa su'esu'eina auiliili. O uiga faʻapitoa i luga ole laiga na maua i luga ole FS- ma le BS-NGF / SiO2 / Si (Fig. 2c) faʻaaogaina microscopy (OM) ma ata SEM (Fig. SI5 ma le Fig. 3) na faʻaalia ai o nei faʻataʻitaʻiga na faʻafeiloaʻi e aunoa ma se microscopy. Va'aia le fa'aleagaina o faufale e pei o ta'eta'ei, pu, po'o vaega ta'avale. O gaugau i luga o le NGF tuputupu aʻe (Fig. 3b, d, faʻailogaina i aū lanu viole) na tumau pea i le maeʻa o le fesiitaiga. O FS- ma BS-NGF uma e aofia ai itulagi FLG (itulagi susulu o loʻo faʻaalia i aū lanumoana i le Ata 3). O le mea e ofo ai, i le faʻatusatusa i nai vaega faʻaleagaina e masani ona matauina i le taimi o le fesiitaiga o polymer o ultrathin graphite films, o le tele o micron-sized FLG ma MLG itulagi e fesoʻotaʻi atu i le NGF (faʻailogaina i aū lanumoana i le Ata 3d) na faʻafeiloaʻi e aunoa ma ni taʻe poʻo ni malologa (Ata 3d) . 3). . O le faʻamaoni faʻainisinia na faʻamaonia atili i le faʻaaogaina o ata TEM ma le SEM o le NGF na faʻafeiloaʻi i luga o laina apamemea-carbon, e pei ona talanoaina mulimuli ane ("FS-NGF: Structure and Properties"). O le BS-NGF/SiO2/Si ua fa'aliliuina e sili atu le leaga nai lo le FS-NGF/SiO2/Si fa'atasi ai ma tau rms o le 140 nm ma le 17 nm, fa'asologa, e pei ona fa'aalia i le Ata SI6a ma le b (20 × 20 μm2). O le tau o le RMS o le NGF o loʻo tuʻuina atu i luga o le SiO2 / Si substrate (RMS <2 nm) e matua maualalo lava (pe a ma le 3 taimi) nai lo le NGF na tupu i luga o Ni (Ata SI2), e faʻaalia ai o le faʻaopoopoga faaopoopo e mafai ona fetaui ma luga ole Ni. E le gata i lea, o ata AFM na faia i luga o pito o FS- ma BS-NGF / SiO2 / Si faʻataʻitaʻiga na faʻaalia ai le NGF mafiafia o 100 ma 80 nm, i le faasologa (Fig. SI7). Ole mafiafia la'ititi ole BS-NGF atonu e mafua mai ile le fa'aalia sa'o ile kasa ole mea muamua.
Faʻaliliuina NGF (NiAG) e aunoa ma le polymer i luga ole SiO2 / Si wafer (silasila i le Ata 2c): (a, b) SEM ata o le faʻaliliuina FS-NGF: maualalo ma maualuga faʻalautele (e fetaui ma le sikuea moli i le laulau). Vaega masani) – a). (c, d) SEM ata o BS-NGF faʻaliliuina: maualalo ma maualuga faʻalautele (e fetaui ma le vaega masani o loʻo faʻaalia e le sikuea moli i le laulau c). (e, f) ata AFM o FS- ma BS-NGF fa'aliliuina. O le aū lanumoana o lo'o fa'atusalia ai le itulagi o le FLG - fa'atusatusaga susulu, arrow cyan - fa'atusatusaga MLG uliuli, aū mumu - fa'atusatusaga uliuli e fai ma sui o le itulagi NGF, arrow magenta e fai ma sui o le lafu.
O le vailaʻau vailaʻau o le tuputupu aʻe ma faʻafeiloaʻi FS- ma BS-NGFs na suʻesuʻeina e le X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (Fig. 4). O se pito vaivai na matauina i le fua faʻatatau (Fig. 4a, b), e fetaui ma le Ni substrate (850 eV) o le FS- ma le BS-NGFs (NiAG). E leai ni tumutumu i le fua fa'atatau o FS- ma BS-NGF/SiO2/Si ua fa'aliliuina (Fig. 4c; e le o fa'aalia i'uga tutusa mo BS-NGF/SiO2/Si), e fa'ailoa mai ai e leai se fa'ama'i fa'amasani o le Ni pe a uma le fesiitaiga. . O ata 4d-f o loʻo faʻaalia ai le maualuga o faʻaaliga o le C 1 s, O 1 s ma le Si 2p malosi maualuga o le FS-NGF / SiO2 / Si. O le malosi faʻapipiʻi o C 1 s o graphite o le 284.4 eV53.54. O le laina laina o tumutumu kalafi e masani ona manatu e le tutusa, e pei ona faaalia i le Ata 4d54. O le maualuga maualuga o le maualuga o le C 1 s spectrum (Fig. 4d) na faʻamaonia ai le fesiitaiga mama (ie, leai ni polymer toega), lea e ogatasi ma suʻesuʻega muamua38. Ole laina laina ole C 1 s spectra ole faʻataʻitaʻiga fou (NiAG) ma pe a maeʻa le fesiitaiga o 0.55 ma 0.62 eV, i le faasologa. O nei tau e maualuga atu nai lo le SLG (0.49 eV mo SLG i luga o se SiO2 substrate)38. Ae ui i lea, o nei tau e laʻititi nai lo laina laina na lipotia muamua mo faʻataʻitaʻiga o le pyrolytic graphene (~ 0.75 eV) 53,54,55, e faʻaalia ai le leai o ni nofoaga faʻaletonu o le carbon i mea o iai nei. O le C 1s ma le O 1 s alalaupapa eleele e leai foi ni tauau, e faʻaumatia ai le manaʻoga mo le faʻamalo maualuga maualuga54. O lo'o iai le pito maualuga o le satelite π → π* ile 291.1 eV, lea e masani ona matauina i fa'ata'ita'iga kalafi. O faailoilo 103 eV ma 532.5 eV i le Si 2p ma le O 1 s vaega autu (va'ai Ata 4e, f) e fa'atatau i le SiO2 56 substrate, i le faasologa. O le XPS o se faiga faʻapitoa i luga o le fogaeleele, o lea o faailoilo e fetaui ma Ni ma SiO2 na iloa muamua ma pe a maeʻa le faʻaliliuina o le NGF, i le faasologa, e faʻapea e afua mai i le FLG itulagi. O fa'ai'uga fa'apenei na matauina mo fa'ata'ita'iga BS-NGF na fa'aliliuina (e le o fa'aalia).
NiAG XPS taunu'uga: (ac) Su'esu'eina alaleo o elemene elemene eseese fatuga atomic o tuputupu ae FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni ma fesiitai FS-NGF/SiO2/Si, faasologa. (d-f) Fuafuaga maualuga maualuga o laʻasaga autu C 1 s, O 1s ma Si 2p o le faʻataʻitaʻiga FS-NGF / SiO2 / Si.
O le tulaga lelei atoa o tioata NGF na faʻaliliuina na suʻesuʻeina e faʻaaoga ai le X-ray diffraction (XRD). Faʻataʻitaʻiga masani XRD (Fig. SI8) o FS- ma BS-NGF / SiO2 / Si faʻafeiloaʻi o loʻo faʻaalia ai le i ai o tumutumu faʻafefe (0 0 0 2) ma (0 0 0 4) i le 26.6 ° ma le 54.7 °, tutusa ma le graphite. . O lenei mea e faʻamaonia ai le maualuga o le tioata o le NGF ma e fetaui ma se mamao vavalalata o le d = 0.335 nm, lea e tausia pe a maeʻa le laasaga fesiitaiga. O le malosi o le maualuga o le faʻafefeteina (0 0 0 2) e tusa ma le 30 taimi o le maualuga o le faʻalavelave (0 0 0 4), e faʻaalia ai o le NGF tioata tioata e fetaui lelei ma le faʻataʻitaʻiga.
E tusa ai ma taunuʻuga o le SEM, Raman spectroscopy, XPS ma le XRD, o le lelei o le BS-NGF / Ni na maua e tutusa ma le FS-NGF / Ni, e ui lava o lona rms roughness sa fai si maualuga (Ata SI2, SI5) ma le SI7).
SLGs fa'atasi ai ma fa'avae lagolago polymer e o'o atu i le 200 nm mafiafia e mafai ona fa'afefe i luga o le vai. O lenei seti e masani ona faʻaaogaina i le polymer-fesoasoani sūsū susū faagasologa fesiitaiga22,38. Graphene ma graphite e hydrophobic (susū tulimanu 80–90°) 57 . O le malosi malosi o le graphene ma le FLG ua lipotia mai e matua mafolafola, ma maualalo le malosi (~ 1 kJ / mol) mo le faʻaogaina o le vai i luga58. Ae ui i lea, o le faʻatusatusaina o le malosi o fesoʻotaʻiga o le vai ma le graphene ma le tolu laulau o le graphene e tusa ma le -13 ma -15 kJ / mol, 58 taʻitasi, e faʻaalia ai o le fegalegaleaiga o le vai ma le NGF (e tusa ma le 300 layers) e maualalo pe a faʻatusatusa i le graphene. Atonu o se tasi lea o mafuaʻaga e tumau ai pea le NGF tutoʻatasi i luga o le vai, aʻo graphene tuʻufua (lea e opeopea i le vai) e faʻafefe i luga ma malepe. Pe a faatofu atoa le NGF i le vai (e tutusa le taunuuga mo le NGF talatala ma le mafolafola), o ona pito e punou (Ata SI4). I le tulaga o le faatofuina atoatoa, ua faamoemoe e toetoe lava faaluaina le malosi o fegalegaleaiga NGF-vai (pe a faatusatusa i le NGF opeopea) ma o le pito o le gauga NGF e faatumauina se maualuga fesootaiga maualuga (hydrophobicity). Matou te talitonu e mafai ona atiaʻe ni taʻiala e aloese ai mai le faʻafefe o pito o NGF faʻapipiʻi. O se tasi o auala o le fa'aogaina lea o solu fefiloi e fa'afetaui ai le fa'asusu o le graphite film59.
O le fa'aliliuina atu o le SLG i 'ese'ese o mea'ai e ala i fa'agasologa o vaila'au susū sa lipotia muamua. E masani ona talia o le malosi o van der Waals o loʻo i ai i le va o graphene / graphite films ma substrates (pe maʻaʻa substrates pei o SiO2 / Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si pillars22 ma lacy carbon films30, 34 poʻo substrates fetuutuunai. pei ole polyimide 37). O iinei tatou te manatu ai o fegalegaleaiga o le ituaiga lava e tasi e sili atu. Matou te leʻi vaʻaia se faʻaleagaina poʻo le paʻu o le NGF mo soʻo se mea e tuʻuina atu iinei i le taimi o le faʻaaogaina o masini (i le taimi o faʻamatalaga i lalo o le masini ma / poʻo le ea poʻo le taimi e teu ai) (faʻataʻitaʻiga, Ata 2, SI7 ma le SI9). E le gata i lea, matou te leʻi matauina se pito SiC i le XPS C 1 s spectrum o le tulaga autu o le NGF / SiO2 / Si sample (Fig. 4). O fa'ai'uga nei e fa'ailoa mai ai e leai se fa'aaupuga fa'ama'i i le va o le NGF ma le mea fa'atatau.
I le vaega muamua, "Polymer-free transfer of FS- ma BS-NGF," na matou faʻaalia ai e mafai e le NGF ona tupu ma faʻafeiloaʻi i itu uma e lua o le pepa nickel. O nei FS-NGFs ma BS-NGFs e le tutusa i tulaga o le gaʻo o luga, lea na faʻaosofia ai i matou e suʻesuʻe le sili ona talafeagai talosaga mo ituaiga taʻitasi.
Mafaufau i le manino ma le lamolemole o le FS-NGF, na matou suʻesuʻeina lona fausaga faʻapitonuʻu, mea faʻapitoa ma eletise i nisi auiliiliga. O le fausaga ma le fausaga o le FS-NGF e aunoa ma se polymer fesiitaiga na faʻaalia e ala i le faʻaogaina o le microscopy electron (TEM) faʻataʻitaʻiga ma le suʻesuʻeina o mamanu o le electron diffraction (SAED). O fa'ai'uga tutusa o lo'o fa'aalia i le Ata 5. O le fa'ata'ita'iga a le TEM o le fa'alauteleina maualalo o lo'o fa'aalia ai le i ai o le NGF ma le FLG o lo'o i ai uiga eseese o le eletise, e pei o le pogisa ma le susulu o vaega, fa'asologa (Fig. 5a). O le ata atoa o loʻo faʻaalia ai le lelei faʻainisinia ma le mautu i le va o itulagi eseese o le NGF ma le FLG, faʻatasi ai ma le faʻaogaina lelei ma leai se faʻaleagaina poʻo le saeia, lea na faʻamaonia foi e le SEM (Ata 3) ma suʻesuʻega TEM maualuga (Ata 5c-e). Aemaise lava, i le Fig. Figure 5d o loʻo faʻaalia ai le fausaga o le alalaupapa i lona pito sili ona tele (o le tulaga o loʻo faʻailogaina i le arrow togitogi uliuli i le Ata 5d), o loʻo faʻaalia i se foliga tafatolu ma e aofia ai se graphene layer ma le lautele e tusa ma le 51. O le tu'ufa'atasiga o lo'o iai le va o va'aiga va'aia o le 0.33 ± 0.01 nm ua fa'aititia atili i le tele o laulau o graphene i le pito vaapiapi (i'uga o le aū uliuli malo i le Ata 5 d).
Fuafua TEM ata o se faʻataʻitaʻiga NiAG e leai ni polymer i luga o se kaponi lacy copper grid: (a, b) Ata TEM faʻalauteleina maualalo e aofia ai itulagi NGF ma FLG, (ce) O ata faʻalautele maualuga o itulagi eseese i le panel-a ma le panel-b fa'ailoga aū o le lanu tutusa. O aū lanumeamata i panela a ma c o lo'o fa'ailoa mai ai vaega lapotopoto o fa'aleagaina a'o fa'aogaina le la'au. (f-i) I panels a i le c, o mamanu SAED i itulagi eseese o loʻo faʻaalia i le lanumoana, cyan, moli, ma le lanu mumu, i le faasologa.
O le fausaga o le lipine i le Ata 5c o loʻo faʻaalia (faʻailogaina i le aū mumu) le faʻaogaina i luga o le vaʻa o le graphite lattice planes, atonu e mafua mai i le faʻavaeina o nanofolds i luga o le ata tifaga (faʻapipiʻi i le Ata 5c) ona o le mamafa o le siʻitia e leʻi totogia30,61,62 . I lalo ole TEM maualuga, o nei nanofolds 30 o loʻo faʻaalia ai se faʻasologa o tioata eseese nai lo le isi vaega ole NGF; o va'alele fa'avae o le lattice graphite e fa'ata'atia toetoe lava i luga, nai lo le fa'alava e pei o le isi vaega o le ata (fa'aofi i le Ata 5c). E fa'apena fo'i, o lo'o fa'aalia e le itulagi FLG i lea taimi ma lea taimi le gaugau e pei o le fusi ma vaapiapi (fa'ailogaina i aū lanumoana), lea e fa'aalia i le fa'alautelega maualalo ma le feololo i Ata 5b, 5e. O le faʻapipiʻi i le Ata 5e faʻamaonia le i ai o le lua-ma le tolu-layer graphene layers i le vaega FLG (interplanar distance 0.33 ± 0.01 nm), lea e fetaui lelei ma a tatou taunuuga muamua30. E le gata i lea, o ata SEM na fa'amauina o le NGF e leai se polymer na tu'uina atu i luga o fa'alava kopa ma ata ata kaponi lacy (ina ua uma ona fa'atino fua o le TEM) o lo'o fa'aalia i le Ata SI9. O le vaega FLG o lo'o taofia lelei (fa'ailogaina i le aū lanumoana) ma le vaega malepelepe i le Ata SI9f. O le aū lanumoana (i le pito o le NGF fa'aliliuina) o lo'o tu'uina atu ma le loto i ai e fa'aalia ai e mafai e le vaega o le FLG ona tete'e le fa'agasologa o le fesiitaiga e aunoa ma le polymer. I le aotelega, o nei ata e faʻamaonia ai o le NGF faʻamalolo le tumau (e aofia ai le FLG itulagi) o loʻo tumau pea le faʻamaoni faʻainisinia e tusa lava pe maeʻa le faʻaogaina ma le faʻaalia i le maualuga o le gaogao i le taimi o le TEM ma le SEM (Ata SI9).
Ona o le fa'alelei lelei o le NGF (silasila i le Ata 5a), e le faigata ona fa'asa'o fa'asolo i luga o le [0001] axis domain e iloilo ai le fausaga SAED. Fa'alagolago i le mafiafia fa'apitonu'u o le ata ma lona nofoaga, e tele vaega e fiafia i ai (12 points) na fa'ailoaina mo su'esu'ega fa'aeletonika. I Ata 5a–c, e fa o nei itulagi masani o loʻo faʻaalia ma faailogaina i liʻo lanu (lanu moana, cyan, moli, ma le lanu mumu). Ata 2 ma le 3 mo le SAED mode. O ata 5f ma g na maua mai le itulagi o FLG o loʻo faʻaalia i Ata 5 ma 5. E pei ona faʻaalia i le 5b ma le c, i le faasologa. E iai a latou fausaga fa'afaono e pei o le graphene63 milo. Aemaise lava, o le Ata 5f o loʻo faʻaalia ai ni faʻataʻitaʻiga e tolu faʻatasi ma le faʻatonuga tutusa o le [0001] sone axis, faʻataʻamilo i le 10 ° ma le 20 °, e pei ona faʻamaonia e le faʻaogaina o le angular o le tolu paga o (10-10) ata. E fa'apena fo'i, Ata 5g o lo'o fa'aalia ai ni fa'asologa hexagonal e lua fa'apipi'iina e fa'asolo i le 20°. E lua pe tolu vaega o mamanu hexagonal i le itulagi o le FLG e mafai ona tula'i mai i totonu o le vaalele po'o fafo o le vaalele graphene layers 33 feliuliua'i fa'atatau i le tasi ma le isi. I se faʻatusatusaga, o faʻasologa o le electron diffraction i le Ata 5h, i (e fetaui ma le NGF itulagi o loʻo faʻaalia i le Ata 5a) o loʻo faʻaalia ai se tasi [0001] mamanu faʻatasi ai ma le maualuga maualuga o le faʻafefeteina o le mata, e fetaui ma le tele o mea mafiafia. O nei faʻataʻitaʻiga SAED e fetaui ma se fausaga graphitic mafiafia ma le vaeluagalemu faʻasologa nai lo le FLG, e pei ona faʻamatalaina mai le faʻasino igoa 64. Faʻamatalaga o mea tioata o le NGF na faʻaalia ai le ola faʻatasi o graphite (poʻo graphene) faʻapipiʻi e lua pe tolu. O le mea e sili ona mataʻina i le itulagi o le FLG o le tioata o loʻo i ai se tikeri faʻapitoa o le vaʻalele poʻo fafo o le vaalele. O vaega o le graphite / faʻapipiʻi faʻatasi ai ma le faʻaogaina o le vaʻalele o le 17 °, 22 ° ma le 25 ° na lipotia muamua mo le NGF na tupu i luga o ata Ni 64. O fua fa'atatau o le taamilosaga o lo'o va'aia i lenei su'esu'ega e ogatasi ma itu na va'aia muamua (± 1°) mo le mimilo BLG63 graphene.
O mea eletise ole NGF/SiO2/Si na fuaina ile 300K ile vaega ole 10×3 mm2. O tau o le faʻaogaina o le eletise eletise, feʻaveaʻi ma le amio e 1.6 × 1020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 ma le 2000 S-cm-1. O le gaioi ma le faʻaogaina o le NGF e tutusa ma le natura graphite2 ma maualuga atu nai lo le faʻatau pisinisi o loʻo maua i luga ole graphite pyrolytic (faia ile 3000 °C)29. O le fa'amauina o le fa'aogaina o le eletise e lua fa'atonuga o le maualuga e sili atu nai lo na lipotia talu ai nei (7.25 × 10 cm-3) mo ata tifaga graphite mafiafia micron saunia e fa'aaoga ai le vevela maualuga (3200 °C) pepa polyimide 20 .
Na matou faia foʻi le fuaina o le faʻaogaina o le UV-vaʻaia i luga o le FS-NGF na tuʻuina atu i mea faʻapipiʻi quartz (Ata 6). O le fua o alaleo e maua ai o loʻo faʻaalia ai se faʻasalalauga toetoe lava a le 62% i le va o le 350-800 nm, e faʻaalia ai o le NGF e translucent i le malamalama vaaia. O le mea moni, o le igoa "KAUST" e mafai ona iloa i le ata numera o le faʻataʻitaʻiga i le Ata 6b. E ui o le nanocrystalline structure o le NGF e ese mai i le SLG, o le numera o laulau e mafai ona faʻatusatusa i le faʻaaogaina o le tulafono o le 2.3% le gau o le felauaiga i le isi layer65. E tusa ai ma lenei mafutaga, o le numera o graphene layers ma le 38% transmission loss o le 21. O le NGF tuputupu aʻe e masani ona aofia ai le 300 graphene layers, e uiga i le 100 nm mafiafia (Fig. 1, SI5 ma SI7). O le mea lea, matou te manatu o le vaʻaia vaʻaia mataʻituina e fetaui ma le FLG ma le MLG itulagi, talu ai o loʻo tufatufaina i le ata atoa (Fig. 1, 3, 5 ma 6c). I le faʻaopoopoga i faʻamaumauga o loʻo i luga, o le amio ma le manino e faʻamaonia ai le maualuga o le tioata o le NGF faʻafeiloaʻi.
(a) Fuaina o felauaiga va'aia a le UV, (b) fa'aliliuga masani NGF ile quartz e fa'aaoga ai se fa'ata'ita'iga fa'atusa. (c) Fuafuaga o le NGF (pusa pogisa) faʻatasi ai ma le tufatufaina tutusa o le FLG ma le MLG o loʻo faʻailogaina e pei o le lanu efuefu i le taimi atoa o le faʻataʻitaʻiga (silasila i le Ata 1) (approx. 0.1-3% area i le 100 μm2). O siepi fa'afuase'i ma o latou lapopo'a i le ata e mo na'o fa'ata'ita'iga ma e le fetaui ma vaega moni.
O le NGF Translucent na fa'atupuina e le CVD ua tu'uina atu muamua i luga o le silicon surfaces ma fa'aaogaina i sela sola15,16. O le taunuuga o le fa'aliliuina malosi (PCE) e 1.5%. O nei NGF o loʻo faʻatinoina le tele o galuega e pei o faʻapipiʻi faʻapipiʻi faʻamalosi, auala o felauaiga, ma eletise manino15,16. Ae ui i lea, o le ata graphite e le tutusa. E manaʻomia le faʻaleleia atili e ala i le faʻatonutonuina ma le faʻaeteete o le teteʻe o le laupepa ma le transmittance opitika o le graphite electrode, talu ai o nei meatotino e lua o loʻo i ai se sao taua i le fuafuaina o le tau o le PCE o le solar cell15,16. E masani lava, o ata graphene e 97.7% manino i le malamalama vaaia, ae o loʻo i ai le faʻamautu o le laupepa o le 200-3000 ohms/sq.16. E mafai ona faaitiitia le tetee i luga o ata graphene e ala i le faateleina o le numera o laulau (faaliliuina tele o laulau graphene) ma doping ma HNO3 (~ 30 Ohm/sq.)66. Ae ui i lea, o lenei faagasologa e umi se taimi ma e le o taimi uma e faʻafesoʻotaʻi lelei ai faʻasalalauga eseese. O lo matou pito i luma NGF ei ai meatotino e pei o le conductivity 2000 S / cm, ata tifaga tetee 50 ohm / sq. ma le 62% le manino, ma avea ai o se mea e mafai ona fai mo auala conductive poʻo faʻataʻitaʻiga electrodes i sela sola15,16.
E ui lava o le fausaga ma le kemisi o luga ole BS-NGF e tutusa ma le FS-NGF, e ese lona talatala ("Tuputupu ae o FS- ma BS-NGF"). I le taimi muamua, na matou faʻaaogaina le ultra-thin film graphite22 e fai ma masini kesi. O le mea lea, na matou fa'ata'ita'iina le fa'aogaina o le BS-NGF mo galuega fa'alogo kesi (Ata SI10). Muamua, o le mm2-tele vaega o le BS-NGF na faʻafeiloaʻi i luga o le interdigitating electrode sensor chip (Ata SI10a-c). O auiliiliga o gaosiga o le chip na lipotia muamua; o lona vaega ma'ale'ale malosi e 9 mm267. I ata SEM (Ata SI10b ma c), o loʻo faʻaalia manino le eletise auro i lalo ole NGF. Toe fa'apea, e mafai ona va'aia na maua le fa'aogaina o chip mo fa'ata'ita'iga uma. Na fa'amauina fua fa'atatau kesi o kasa eseese (Fig. SI10d) (Fig. SI11) ma o fua faatatau o tali o lo'o fa'aalia i le Ata. SI10g. E foliga mai i isi kasa fa'alavelave e aofia ai le SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) ma le NH3 (200 ppm). Ole tasi mafuaaga ole NO2. natura electrophilic o le kesi22,68. Pe a faʻapipiʻi i luga o le graphene, e faʻaitiitia ai le faʻaogaina o eletise i le taimi nei e le faiga. O se faʻatusatusaga o faʻamatalaga taimi tali o le BS-NGF sensor faʻatasi ai ma masini faʻasalalau muamua o loʻo tuʻuina atu i le Laulau SI2. O le faiga mo le toe fa'afouina o masini NGF e fa'aaoga ai le UV plasma, O3 plasma po'o le vevela (50-150°C) togafitiga o fa'ata'ita'iga fa'aalia o lo'o fa'aauau pea, e soso'o lelei ma le fa'atinoina o faiga fa'apipi'i69.
I le faagasologa o le CVD, o le tuputupu a'e o le graphene e tupu i itu uma e lua o le substrate catalyst41. Ae ui i lea, BS-graphene e masani lava ona tuliesea i le faagasologa o le fesiitaiga41. I lenei suʻesuʻega, matou te faʻaalia ai o le tuputupu aʻe NGF maualuga ma le faʻafeiloaʻiga NGF e leai se polymer e mafai ona ausia i itu uma e lua o le lagolago faʻamalosi. BS-NGF e manifinifi (~ 80 nm) nai lo FS-NGF (~ 100 nm), ma o lenei eseesega o loʻo faʻamatalaina e le mea moni e le o faʻaalia saʻo le BS-Ni i le tafega o le kasa muamua. Na matou iloa foi o le gaogao o le substrate NiAR e aʻafia ai le gaogao o le NGF. O nei fa'ai'uga ua fa'ailoa mai ai e mafai ona fa'aogaina le FS-NGF o lo'o tupu a'e e fai ma mea muamua mo le graphene (e ala i le exfoliation method70) po'o se auala fa'aulu i totonu ole la15,16. I se fa'atusatusaga, o le BS-NGF o le a fa'aogaina mo le su'esu'eina o le kesi (Fig. SI9) ma atonu mo le fa'aputuina o le malosi71,72 lea e aoga ai lona ga'o.
Mafaufau i mea o loʻo i luga, e aoga le tuʻufaʻatasia o le galuega o loʻo i ai nei ma ata tifaga graphite na faʻasalalau muamua na faʻatupuina e le CVD ma faʻaogaina le nickel foil. E pei ona mafai ona vaaia i le Laulau 2, o le maualuga o le mamafa na matou faʻaaogaina na faʻapuʻupuʻu ai le taimi faʻaalia (tulaga tuputupu aʻe) e tusa lava pe maualalo le vevela (i le va o le 850-1300 °C). Na matou ausia foi le tuputupu ae sili atu nai lo le masani, e faʻaalia ai le mafai ona faʻalauteleina. E i ai isi mea e tatau ona mafaufau i ai, o nisi o ia mea ua matou faʻapipiʻiina i le laulau.
O le NGF pito sili ona lelei na fa'atupuina i luga o pepa nickel e ala i le CVD catalytic. E ala i le faʻaumatiaina o mea faʻapipiʻi polymer masani (e pei o mea na faʻaaogaina i le CVD graphene), matou te ausia le mama ma le faʻaleagaina o le susu o le NGF (tupu i tua ma pito i luma o le nickel foil) i le tele o mea e sili ona taua. Ae maise, o le NGF e aofia ai FLG ma MLG itulagi (e masani lava 0.1% i le 3% i le 100 µm2) o loʻo faʻapipiʻiina lelei i totonu o le ata mafiafia. Fuafua TEM o loʻo faʻaalia ai o nei itulagi o loʻo faia i faʻaputuga o le lua i le tolu graphite / graphene particles (crystals or layers, faʻasologa), o nisi o ia mea e iai le le fetaui o le 10-20°. O itulagi FLG ma MLG e nafa ma le manino o le FS-NGF i le malamalama vaaia. Ae mo laupepa pito i tua, e mafai ona feaveaʻi tutusa ma laupepa pito i luma ma, e pei ona faʻaalia, e mafai ona i ai se faʻamoemoega aoga (mo se faʻataʻitaʻiga, mo le suʻeina o kesi). O nei su'esu'ega e aoga tele mo le fa'aitiitia o otaota ma tau i faiga fa'apisinisi CVD.
I se tulaga lautele, o le averesi mafiafia o le CVD NGF o loʻo taoto i le va (maualalo ma le tele-layer) graphene ma alamanuia (micrometer) pepa kalafi. O le tele o latou mea taua, faʻatasi ma le auala faigofie ua matou atinaʻeina mo la latou gaosiga ma felauaiga, e faʻapitoa ai nei ata tifaga mo talosaga e manaʻomia ai le tali faʻatinoina o le graphite, e aunoa ma le faʻaaluina o le gaosiga o gaosiga o gaosiga o loʻo faʻaaogaina nei.
O se pepa nickel 25-μm-mafiafia (99.5% mama, Goodfellow) na faʻapipiʻiina i totonu o se CVD faʻatau pisinisi (Aixtron 4-inch BMPro). Na faʻamamāina le faiga i le argon ma faʻamalo i le mamafa o le 10-3 mbar. Ona tuu ai lea o pepa nikeli. i Ar / H2 (Ina ua maeʻa le faʻapipiʻiina o le Ni foil mo le 5 min, o le pepa na faʻaalia i le mamafa o le 500 mbar i le 900 ° C. NGF na teuina i le tafe o CH4 / H2 (100 cm3 taʻitasi) mo le 5 min. O le faʻataʻitaʻiga na faʻamaluluina i le vevela i lalo ole 700 °C e faʻaaoga ai le Ar flow (4000 cm3) i le 40 °C / min O faʻamatalaga i luga o le faʻaogaina o le tuputupu aʻe o le NGF o loʻo faʻamatalaina i se isi mea.
O le faʻaogaina o le faʻataʻitaʻiga o le faʻataʻitaʻiga na vaʻaia e le SEM e faʻaaoga ai le Zeiss Merlin microscope (1 kV, 50 pA). O le faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga roughness ma NGF mafiafia na fuaina e ala i le AFM (Dimension Icon SPM, Bruker). O fua TEM ma le SAED sa fa'aaogaina le FEI Titan 80-300 Cubed microscope ua fa'apipi'iina i se fana fa'asao (300 kV), o le FEI Wien type monochromator ma le CEOS lens spherical aberration corrector e maua ai fa'ai'uga mulimuli. fa'afanua fa'apitonu'u 0.09 nm. O fa'ata'ita'iga NGF na tu'uina atu ile lacy carbon coated copper grids mo fa'ata'ita'iga TEM mafolafola ma su'esu'ega fausaga SAED. O le mea lea, o le tele o faʻataʻitaʻiga flocs o loʻo faʻapipiʻiina i totonu o pores o le membrane lagolago. Fa'aliliuina fa'ata'ita'iga NGF na su'esu'eina e le XRD. X-ray diffraction mamanu na maua i le faaaogaina o se diffractometer paʻu (Brucker, D2 vaega shifter ma puna Cu Kα, 1.5418 Å ma LYNXEYE detector) faʻaaogaina se puna faʻavevela Cu ma le lautele o le laʻau o le 3 mm.
Na fa'amauina le tele o fuataga Raman i le fa'aogaina o se microscope fa'atasi fa'atasi (Alpha 300 RA, WITeC). O le laser 532 nm e maualalo le malosi o le faʻamalosi (25%) na faʻaaogaina e aloese ai mai aʻafiaga faʻafefe. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) na faia i luga o le Kratos Axis Ultra spectrometer i luga o se vaega faʻataʻitaʻiga o le 300 × 700 μm2 e faʻaaoga ai le monochromatic Al Kα radiation (hν = 1486.6 eV) i le mana o le 150 W. Resolution spectra na maua i le felauaiga malosi o le 160 eV ma le 20 eV, faasologa. O faʻataʻitaʻiga NGF na tuʻuina atu i luga o le SiO2 na tipiina i ni fasi (3 × 10 mm2 taʻitasi) e faʻaaoga ai le laser fibre ytterbium PLS6MW (1.06 μm) i le 30 W. O fesoʻotaʻiga uaea kopa (50 μm mafiafia) na faʻaaogaina e faʻaaoga ai le paʻu siliva i lalo ole microscope opitika. O fela'uaiga eletise ma fa'ata'ita'iga a le Hall na faia i luga o nei fa'ata'ita'iga ile 300 K ma se fesuiaiga o le mageta o le ± 9 Tesla i se faiga fa'atatau o meatotino (PPMS EverCool-II, Quantum Design, ISA). Na fa'amauina le va'aiga o le UV-vise fa'aolaina i le fa'aogaina o le Lambda 950 UV-vis spectrophotometer i le 350-800 nm NGF fa'aliliuina atu i le quartz substrates ma fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga quartz.
O le masini e tete'e ai kemikolo (interdigitated electrode chip) na fa'apipi'iina i se laupapa fa'asalalau lolomi fa'aleaganu'u 73 ma na fa'ate'a ese mai ai le tetee. O le laupapa matagaluega lolomi o loʻo i ai le masini e fesoʻotaʻi i faʻamau faʻafesoʻotaʻi ma tuʻu i totonu o le potu e faʻalogo ai kesi. O le potu na muamua fa'amamāina e ala i le fa'amamāina i le nitrogen i le 200 cm3 mo le 1 le itula e fa'amautinoa ai le aveesea uma o isi su'esu'ega o lo'o i totonu o le potu, e aofia ai le susu. O su'esu'ega ta'ito'atasi na tu'u lemu i totonu o le potu i le fua tutusa o le 200 cm3 e ala i le tapuni o le N2 cylinder.
Ua fa'asalalauina se fa'afouga o lenei tala ma e mafai ona maua e ala i le so'oga i le pito i luga o le tusiga.
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