Разработана технология получения практически идеального однослойного графена.

 

Синтез графена на металлических подложках методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) является наиболее перспективным методом получения высококачественных пленок большой площади. Ученые из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН совместно с коллегами из МИРЭА получили новые результаты по созданию монослоя графена на поверхности специально подготовленной медной фольги. В работе описываются различные подходы для обработки меди и их комбинации для получения графена большой площади.

Ученые исследовали шероховатость поверхности медной фольги после различных обработок, а затем выращивали графеновую пленку на каждом типе подготовленной поверхности в одинаковых условиях. Так удалось выявить ​​зависимость формирования дополнительного и последующего слоев графена от параметра шероховатости (достигнуто снижение шероховатости с 250 до 80 нм) приготовленных подложек и определить оптимальные условия предварительной обработки (рис.1).  С полученными результатами, а также методами работы можно ознакомиться в журнале Nanomaterials (ISSN 2079-4991; CODEN: NANOKO), в статье Preparation of Copper Surface for the Synthesis of Single-Layer Graphene.



 

Рис.1. Влияние метода обработки меди на среднюю шероховатость поверхности меди (красные кружки) и количество дополнительного слоя графена (черные квадраты).


Известно, что качество графена зависит не только от прекурсоров или исходного вещества и параметров CVD (давление, температура), но и от свойств медной подложки, таких как толщина, шероховатость поверхности, поликристалличность, размер зерен, ориентация и наличие поверхностных примесей. Проблема формирования дополнительных слоев графена в процессе синтеза возникает из-за сильной шероховатости исходной медной фольги.

В работе были предложены и проработаны 6 методов (рис. 2) формирования поверхности, среди которых травление в азотной кислоте, электрохимическое полирование в ортофосфорной кислоте, длительный отжиг в атмосфере водорода в течение 5 часов. Результаты были соотнесены с заранее созданным протоколом для исследования влияния обработки медью на образование графена. Синтезированные образцы графена сначала были изучены с помощью сканирующей электронной микроскопии, а затем перенесены на кремниевые пластины с SiO2 толщиной 90 нм или 300 нм для лучшего контраста в оптическом микроскопе.

измерения шероховатости фольги с помощью микроскопа

Рис.2. Измерения шероховатости медной фольги с помощью интерференционного микроскопа: ( A ) - без предварительной обработки, ( B ) - обработка азотной кислотой, ( C ) - электрохимическая полировка, ( D ) - водородный отжиг в течение 5 часов, ( E ) - обработка азотной кислотой и электрохимическое полирование, ( F ) - водородный отжиг и электрохимическая полировка, ( G ) - водородный отжиг, обработка азотной кислотой и электрохимическое полирование, ( H ) - осажденная медная пленка. Все измерения проводились на площади 50 × 50 микрометров. Все рисунки имеют одинаковую шкалу цветовой шкалы и обозначены на рисунке 2A.

 

"В ходе работы мы установили, что оптимальной обработкой медной фольги является простое электрохимическое полирование" - комментирует работу автор статьи, научный сотрудник ИОФ РАН Иван Кондрашов. "Эта подготовка меди приводит к уменьшению шероховатости от 250 нм до 120 нм, а при синтезе графена количество второго слоя графеновой пленки, которое образуется на поверхности подготовленной меди, уменьшается с 9% до 2,5% от всей площади. Дальнейшее снижение шероховатости даже до 4 нм не приводит к уменьшению количества дополнительных графеновых слоев. При этом качество однослойного графена остаётся очень высоким - поверхностное сопротивление образцов от 500 до 700 Ом на квадрат, а подвижность зарядов 2000-3000 см2/В*с".

Сотрудники компании Русграфен также принимали участие в данном исследовании. Полученные результаты эффективно используются при производстве графена в виде плёнки методом химического газофазного осаждения.

Компания Русграфен с удовольствием предоставляет научным организациям образцы графена для исследований в качестве научного сотрудничества. За подробностями обращайтесь к нам через форму обратной связи.

Спасибо за Ваше обращение
Мы ответим Вам в течение 24 часов
Спасибо
Ждите новостей