การสร้างฟิล์มกราไฟท์โปร่งแสงบน Ni และการถ่ายโอนแบบไร้โพลีเมอร์แบบสองทาง

ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.com เวอร์ชันของเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันใหม่กว่า (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เรากำลังแสดงไซต์โดยไม่มีรูปแบบหรือ JavaScript
ฟิล์มกราไฟท์ระดับนาโน (NGF) เป็นวัสดุนาโนที่แข็งแกร่งซึ่งสามารถผลิตได้โดยการสะสมไอสารเคมีที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แต่คำถามยังคงอยู่เกี่ยวกับความง่ายในการถ่ายโอนและลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวส่งผลต่อการใช้งานในอุปกรณ์รุ่นต่อไปอย่างไร ที่นี่เรารายงานการเติบโตของ NGF ทั้งสองด้านของฟอยล์นิกเกิลโพลีคริสตัลไลน์ (พื้นที่ 55 ซม. 2 ความหนาประมาณ 100 นาโนเมตร) และการถ่ายโอนแบบไร้โพลีเมอร์ (ด้านหน้าและด้านหลัง พื้นที่สูงสุด 6 ซม. 2) เนื่องจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาของฟอยล์ตัวเร่งปฏิกิริยา ฟิล์มคาร์บอนทั้งสองจึงมีความแตกต่างกันในด้านคุณสมบัติทางกายภาพและคุณลักษณะอื่นๆ (เช่น ความขรุขระของพื้นผิว) เราแสดงให้เห็นว่า NGF ที่มีด้านหลังที่หยาบกว่านั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับ NO2 ในขณะที่ NGF ที่นุ่มนวลและเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากกว่าที่ด้านหน้า (2000 S/cm ความต้านทานของแผ่น – 50 โอห์ม/m2) สามารถเป็นตัวนำที่มีชีวิตได้ ช่องหรืออิเล็กโทรดของเซลล์แสงอาทิตย์ (เนื่องจากส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้ 62%) โดยรวมแล้วกระบวนการเติบโตและการขนส่งที่อธิบายไว้อาจช่วยให้ตระหนักว่า NGF เป็นวัสดุคาร์บอนทางเลือกสำหรับการใช้งานทางเทคโนโลยีที่ฟิล์มกราไฟท์หนากราฟีนและไมครอนหนาไม่เหมาะสม
กราไฟท์เป็นวัสดุอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กราไฟท์มีคุณสมบัติที่มีความหนาแน่นของมวลค่อนข้างต่ำ และมีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าในระนาบสูง และมีความเสถียรมากในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนและสารเคมีที่รุนแรง1,2 กราไฟท์เกล็ดเป็นวัสดุเริ่มต้นที่รู้จักกันดีสำหรับการวิจัยกราฟีน3 เมื่อแปรรูปเป็นฟิล์มบาง สามารถใช้งานได้หลากหลาย รวมถึงแผ่นระบายความร้อนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน4,5,6,7 เป็นวัสดุแอคทีฟในเซ็นเซอร์8,9,10 และสำหรับการป้องกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า11 12 และภาพยนตร์สำหรับการพิมพ์หินในรังสีอัลตราไวโอเลตสุดขั้ว13,14 การนำช่องทางในเซลล์แสงอาทิตย์15,16 สำหรับการใช้งานทั้งหมดเหล่านี้ มันจะเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญหากสามารถผลิตและขนส่งฟิล์มกราไฟท์ (NGF) ขนาดใหญ่ที่มีความหนาควบคุมในระดับนาโน <100 นาโนเมตรได้
ฟิล์มกราไฟท์ผลิตโดยวิธีการต่างๆ ในกรณีหนึ่ง การฝังและการขยายตัวตามด้วยการขัดผิวถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเกล็ดกราฟีน เกล็ดจะต้องได้รับการประมวลผลเพิ่มเติมเป็นแผ่นฟิล์มที่มีความหนาตามที่ต้องการ และมักจะใช้เวลาหลายวันในการผลิตแผ่นกราไฟท์ที่มีความหนาแน่นสูง อีกวิธีหนึ่งคือการเริ่มต้นด้วยสารตั้งต้นที่เป็นของแข็งแบบสร้างกราฟได้ ในอุตสาหกรรม แผ่นโพลีเมอร์จะถูกทำให้เป็นคาร์บอน (ที่อุณหภูมิ 1,000–1500 °C) จากนั้นจึงทำกราไฟต์ (ที่อุณหภูมิ 2,800–3200 °C) เพื่อสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างเป็นชั้น ๆ อย่างดี แม้ว่าคุณภาพของฟิล์มเหล่านี้จะสูง แต่การใช้พลังงานก็มีนัยสำคัญ1,18,19 และความหนาขั้นต่ำถูกจำกัดไว้ที่ไม่กี่ไมครอน1,18,19,20
การสะสมไอสารเคมีด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (CVD) เป็นวิธีที่รู้จักกันดีในการผลิตฟิล์มกราฟีนและกราไฟท์บางเฉียบ (<10 นาโนเมตร) ที่มีคุณภาพโครงสร้างสูงและต้นทุนที่สมเหตุสมผล อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับการเติบโตของฟิล์มกราฟีนและกราไฟท์บางพิเศษ28 การเจริญเติบโตในพื้นที่ขนาดใหญ่และ/หรือการใช้ NGF โดยใช้ CVD ยังมีการสำรวจน้อยกว่าอีกด้วย
ฟิล์มกราฟีนและกราไฟท์ที่ปลูกโดย CVD มักจะต้องถูกถ่ายโอนไปยังวัสดุพิมพ์ที่ใช้งานได้34 การถ่ายโอนฟิล์มบางเหล่านี้เกี่ยวข้องกับสองวิธีหลัก35: (1) การถ่ายโอนแบบไม่กัดกรด36,37 และ (2) การถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียกที่ใช้การกัด (รองรับพื้นผิว)14,34,38 แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียอยู่บ้าง และต้องเลือกโดยขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ต้องการ ดังที่อธิบายไว้ในที่อื่น35,39 สำหรับฟิล์มกราฟีน/กราไฟต์ที่ปลูกบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา การถ่ายโอนผ่านกระบวนการทางเคมีแบบเปียก (ซึ่งมีโพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) เป็นชั้นรองรับที่ใช้กันมากที่สุด) ยังคงเป็นตัวเลือกแรก13,30,34,38,40,41,42 คุณและคณะ มีการกล่าวถึงว่าไม่มีการใช้โพลีเมอร์สำหรับการถ่ายโอน NGF (ขนาดตัวอย่างประมาณ 4 ซม.2) 25,43 แต่ไม่มีรายละเอียดใดที่ให้ไว้เกี่ยวกับความเสถียรของตัวอย่างและ/หรือการจัดการระหว่างการถ่ายโอน กระบวนการเคมีแบบเปียกโดยใช้โพลีเมอร์ประกอบด้วยหลายขั้นตอน รวมถึงการใช้งานและการกำจัดชั้นโพลีเมอร์แบบสังเวย30,38,40,41,42ในภายหลัง กระบวนการนี้มีข้อเสีย เช่น สารตกค้างของโพลีเมอร์สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของฟิล์มที่ปลูกได้38 การประมวลผลเพิ่มเติมสามารถกำจัดโพลีเมอร์ที่ตกค้างได้ แต่ขั้นตอนเพิ่มเติมเหล่านี้จะเพิ่มต้นทุนและเวลาในการผลิตฟิล์ม38,40 ในระหว่างการเจริญเติบโตของ CVD ชั้นของกราฟีนจะสะสมไม่เพียงแต่ที่ด้านหน้าของฟอยล์ตัวเร่งปฏิกิริยา (ด้านที่หันหน้าไปทางการไหลของไอน้ำ) แต่ยังอยู่ที่ด้านหลังด้วย อย่างไรก็ตามอย่างหลังถือเป็นของเสียและสามารถกำจัดออกได้อย่างรวดเร็วด้วยพลาสมาแบบอ่อน38,41 การรีไซเคิลฟิล์มนี้สามารถช่วยเพิ่มผลผลิตสูงสุดได้ แม้ว่าจะมีคุณภาพต่ำกว่าฟิล์มคาร์บอนหน้าก็ตาม
ที่นี่ เรารายงานการเตรียมการเจริญเติบโตแบบสองหน้าระดับเวเฟอร์ของ NGF ที่มีคุณภาพโครงสร้างสูงบนฟอยล์นิกเกิลคริสตัลไลน์โดย CVD มีการประเมินว่าความหยาบของพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลังของฟอยล์ส่งผลต่อสัณฐานวิทยาและโครงสร้างของ NGF อย่างไร นอกจากนี้เรายังสาธิตการถ่ายโอน NGF โดยปราศจากโพลีเมอร์โดยประหยัดต้นทุนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจากฟอยล์นิกเกิลทั้งสองด้านลงบนพื้นผิวมัลติฟังก์ชั่น และแสดงให้เห็นว่าฟิล์มด้านหน้าและด้านหลังเหมาะสำหรับการใช้งานต่างๆ อย่างไร
หัวข้อต่อไปนี้จะกล่าวถึงความหนาของฟิล์มกราไฟท์ที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับจำนวนของชั้นกราฟีนที่ซ้อนกัน: (i) กราฟีนชั้นเดียว (SLG, 1 ชั้น), (ii) กราฟีนไม่กี่ชั้น (FLG, < 10 ชั้น), (iii) กราฟีนหลายชั้น ( MLG, 10-30 ชั้น) และ (iv) NGF (~300 ชั้น) อย่างหลังคือความหนาที่พบบ่อยที่สุดซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ (ประมาณ 97% ของพื้นที่ต่อ 100 µm2)30 นั่นเป็นสาเหตุที่เรียกทั้งเรื่องว่า NGF
ฟอยล์นิกเกิลคริสตัลไลน์ที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์ฟิล์มกราฟีนและกราไฟท์มีพื้นผิวที่แตกต่างกันอันเป็นผลมาจากการผลิตและการประมวลผลในภายหลัง เมื่อเร็ว ๆ นี้เราได้รายงานการศึกษาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเติบโตของ NGF30 เราแสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์กระบวนการ เช่น เวลาในการหลอมและความดันห้องในระหว่างระยะการเจริญเติบโตมีบทบาทสำคัญในการรับ NGF ที่มีความหนาสม่ำเสมอ ที่นี่เราตรวจสอบการเจริญเติบโตของ NGF เพิ่มเติมบนพื้นผิวขัดเงาด้านหน้า (FS) และพื้นผิวด้านหลังที่ไม่ขัดเงา (BS) ของฟอยล์นิกเกิล (รูปที่ 1a) มีการตรวจสอบตัวอย่าง FS และ BS สามประเภทตามที่ระบุไว้ในตารางที่ 1 เมื่อตรวจสอบด้วยสายตา การเติบโตที่สม่ำเสมอของ NGF ทั้งสองด้านของฟอยล์นิกเกิล (NiAG) สามารถมองเห็นได้โดยการเปลี่ยนสีของสารตั้งต้น Ni จำนวนมากจากสีเงินโลหะที่มีลักษณะเฉพาะ สีเทาเป็นสีเทาด้าน (รูปที่ 1a) ยืนยันการวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์ (รูปที่ 1b, c) สเปกตรัมรามานทั่วไปของ FS-NGF ที่สังเกตได้ในบริเวณสว่างและระบุด้วยลูกศรสีแดง น้ำเงินและส้มในรูปที่ 1b จะแสดงในรูปที่ 1c ยอดเขารามันที่เป็นลักษณะเฉพาะของกราไฟท์ G (1683 cm−1) และ 2D (2696 cm−1) ยืนยันการเจริญเติบโตของ NGF ที่มีผลึกสูง (รูปที่ 1c, ตาราง SI1) ตลอดทั้งเรื่อง มีการสังเกตความเด่นของสเปกตรัมรามันที่มีอัตราส่วนความเข้ม (I2D/IG) ~0.3 ในขณะที่สเปกตรัมรามันที่มี I2D/IG = 0.8 แทบจะไม่สังเกตเห็นเลย การไม่มีจุดยอดที่มีข้อบกพร่อง (D = 1350 cm-1) ในภาพยนตร์ทั้งหมดบ่งชี้ถึงการเจริญเติบโตของ NGF คุณภาพสูง ได้รับผลลัพธ์ Raman ที่คล้ายกันในตัวอย่าง BS-NGF (รูปที่ SI1 a และ b, ตาราง SI1)
การเปรียบเทียบ NiAG FS- และ BS-NGF: (a) ภาพถ่ายของตัวอย่าง NGF (NiAG) ทั่วไปที่แสดงการเติบโตของ NGF ที่ระดับเวเฟอร์ (55 cm2) และผลลัพธ์ตัวอย่างฟอยล์ BS- และ FS-Ni (b) FS-NGF รูปภาพ / Ni ที่ได้รับจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (c) สเปกตรัมรามันทั่วไปที่บันทึกที่ตำแหน่งต่าง ๆ ในแผง b, (d, f) ภาพ SEM ที่กำลังขยายต่างกันบน FS-NGF/Ni, (e, g) ภาพ SEM ที่กำลังขยายต่างกัน ตั้งค่า BS -NGF/Ni ลูกศรสีน้ำเงินระบุภูมิภาค FLG ลูกศรสีส้มระบุภูมิภาค MLG (ใกล้กับภูมิภาค FLG) ลูกศรสีแดงระบุภูมิภาค NGF และลูกศรสีม่วงแดงระบุรอยพับ
เนื่องจากการเติบโตขึ้นอยู่กับความหนาของพื้นผิวเริ่มต้น ขนาดคริสตัล การวางแนว และขอบเขตของเกรน การบรรลุการควบคุมความหนาของ NGF ในพื้นที่ขนาดใหญ่อย่างสมเหตุสมผลยังคงเป็นความท้าทาย การศึกษานี้ใช้เนื้อหาที่เราเผยแพร่ก่อนหน้านี้30 กระบวนการนี้สร้างบริเวณสว่าง 0.1 ถึง 3% ต่อ 100 µm230 ในส่วนต่อไปนี้ เราจะนำเสนอผลลัพธ์สำหรับภูมิภาคทั้งสองประเภท ภาพ SEM กำลังขยายสูงแสดงการมีอยู่ของพื้นที่ที่มีคอนทราสต์สว่างหลายจุดทั้งสองด้าน (รูปที่ 1f,g) ซึ่งบ่งชี้ว่ามีบริเวณ FLG และ MLG30,45 สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยการกระเจิงของรามาน (รูปที่ 1c) และผลลัพธ์ TEM (จะกล่าวถึงในภายหลังในส่วน "FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ") ภูมิภาค FLG และ MLG ที่สังเกตได้ในตัวอย่าง FS- และ BS-NGF/Ni (NGF ด้านหน้าและด้านหลังที่ปลูกบน Ni) อาจเติบโตบนเมล็ด Ni (111) ขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างการหลอมล่วงหน้า22,30,45 สังเกตการพับทั้งสองด้าน (รูปที่ 1b ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีม่วง) การพับเหล่านี้มักพบในฟิล์มกราฟีนและกราไฟท์ที่ปลูกด้วย CVD เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างกราไฟท์และสารตั้งต้นนิกเกิลแตกต่างกันมาก
ภาพ AFM ยืนยันว่าตัวอย่าง FS-NGF เรียบกว่าตัวอย่าง BS-NGF (รูปที่ SI1) (รูปที่ SI2) ค่าความหยาบรากเฉลี่ยกำลังสอง (RMS) ของ FS-NGF/Ni (รูปที่ SI2c) และ BS-NGF/Ni (รูปที่ SI2d) คือ 82 และ 200 นาโนเมตร ตามลำดับ (วัดบนพื้นที่ 20 × 20 ไมโครเมตร2) ความหยาบที่สูงขึ้นสามารถเข้าใจได้จากการวิเคราะห์พื้นผิวของฟอยล์นิกเกิล (NiAR) ในสถานะที่ได้รับ (รูปที่ SI3) ภาพ SEM ของ FS และ BS-NiAR แสดงไว้ในรูปที่ SI3a–d ซึ่งแสดงให้เห็นถึงสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่แตกต่างกัน: ฟอยล์ FS-Ni ขัดเงามีอนุภาคทรงกลมขนาดนาโนและไมครอน ในขณะที่ฟอยล์ BS-Ni ที่ไม่ขัดเงาจัดแสดงบันไดการผลิต เป็นอนุภาคที่มีความแข็งแรงสูง และลดลง ภาพความละเอียดต่ำและสูงของฟอยล์นิกเกิลอบอ่อน (NiA) แสดงในรูปที่ SI3e–h จากตัวเลขเหล่านี้ เราสามารถสังเกตเห็นการมีอยู่ของอนุภาคนิกเกิลขนาดไมครอนหลายอนุภาคบนทั้งสองด้านของฟอยล์นิกเกิล (รูปที่ SI3e–h) เกรนขนาดใหญ่อาจมีการวางแนวพื้นผิว Ni (111) ตามที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ 30,46 สัณฐานวิทยาของฟอยล์นิกเกิลมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่าง FS-NiA และ BS-NiA ความหยาบที่สูงขึ้นของ BS-NGF/Ni เนื่องมาจากพื้นผิวที่ไม่มีการขัดเงาของ BS-NiAR ซึ่งพื้นผิวยังคงมีความหยาบอย่างมีนัยสำคัญแม้หลังจากการหลอม (รูปที่ SI3) การแสดงคุณลักษณะของพื้นผิวประเภทนี้ก่อนกระบวนการเติบโตช่วยให้สามารถควบคุมความหยาบของฟิล์มกราฟีนและกราไฟท์ได้ ควรสังเกตว่าพื้นผิวดั้งเดิมได้รับการปรับโครงสร้างเกรนใหม่ในระหว่างการเจริญเติบโตของกราฟีน ซึ่งทำให้ขนาดเกรนลดลงเล็กน้อยและเพิ่มความหยาบผิวของพื้นผิวค่อนข้างมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับฟอยล์อบอ่อนและฟิล์มตัวเร่งปฏิกิริยา
การปรับความหยาบผิวของพื้นผิวอย่างละเอียด เวลาการหลอม (ขนาดเกรน) 30,47 และการควบคุมการปล่อย43 จะช่วยลดความสม่ำเสมอของความหนาของ NGF ในระดับภูมิภาคเป็นขนาด µm2 และ/หรือแม้แต่ nm2 (เช่น การเปลี่ยนแปลงความหนาไม่กี่นาโนเมตร) ในการควบคุมความหยาบผิวของพื้นผิว สามารถพิจารณาวิธีการต่างๆ เช่น การขัดด้วยไฟฟ้าของฟอยล์นิกเกิลที่ได้48 จากนั้นฟอยล์นิกเกิลที่ผ่านการเตรียมแล้วสามารถอบอ่อนได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า (< 900 °C) 46 และเวลา (< 5 นาที) เพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของเมล็ด Ni (111) ขนาดใหญ่ (ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตของ FLG)
กราฟีน SLG และ FLG ไม่สามารถทนต่อแรงตึงผิวของกรดและน้ำได้ โดยต้องใช้ชั้นรองรับเชิงกลในระหว่างกระบวนการถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียก22,34,38 ตรงกันข้ามกับการถ่ายโอนทางเคมีแบบเปียกของกราฟีนชั้นเดียวที่รองรับโพลีเมอร์ เราพบว่าทั้งสองด้านของ NGF ที่โตแล้วสามารถถ่ายโอนได้โดยไม่ต้องรองรับโพลีเมอร์ ดังแสดงในรูปที่ 2a (ดูรูป SI4a สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม) การถ่ายโอน NGF ไปยังซับสเตรตที่กำหนดจะเริ่มต้นด้วยการกัดฟิล์ม Ni30.49 ที่อยู่ด้านล่างแบบเปียก ตัวอย่าง NGF/Ni/NGF ที่โตแล้วถูกวางไว้ข้ามคืนใน 15 มล. ของ HNO3 70% เจือจางด้วยน้ำปราศจากไอออน (DI) 600 มล. หลังจากที่ฟอยล์ Ni ละลายจนหมด FS-NGF จะยังคงเรียบและลอยอยู่บนพื้นผิวของของเหลว เช่นเดียวกับตัวอย่าง NGF/Ni/NGF ในขณะที่ BS-NGF จะถูกแช่อยู่ในน้ำ (รูปที่ 2a,b) จากนั้น NGF ที่แยกได้จะถูกย้ายจากบีกเกอร์หนึ่งที่มีน้ำปราศจากไอออนสดไปยังบีกเกอร์อีกอันหนึ่ง และ NGF ที่แยกได้นั้นจะถูกล้างอย่างทั่วถึง โดยทำซ้ำสี่ถึงหกครั้งผ่านจานแก้วเว้า ในที่สุด FS-NGF และ BS-NGF ก็ถูกวางบนพื้นผิวที่ต้องการ (รูปที่ 2c)
กระบวนการถ่ายโอนสารเคมีเปียกแบบไร้โพลีเมอร์สำหรับ NGF ที่ปลูกบนฟอยล์นิกเกิล: (a) แผนภาพการไหลของกระบวนการ (ดูรูปที่ SI4 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม), (b) ภาพถ่ายดิจิทัลของ NGF ที่แยกออกจากกันหลังจากการแกะสลัก Ni (2 ตัวอย่าง), (c) ตัวอย่าง FS – และการถ่ายโอน BS-NGF ไปยังสารตั้งต้น SiO2 / Si (d) การถ่ายโอน FS-NGF ไปยังสารตั้งต้นโพลีเมอร์ทึบแสง (e) BS-NGF จากตัวอย่างเดียวกันกับแผง d (แบ่งออกเป็นสองส่วน) ถ่ายโอนไปยังกระดาษ C ชุบทอง และ Nafion (พื้นผิวโปร่งใสแบบยืดหยุ่น ขอบมีเครื่องหมายมุมสีแดง)
โปรดทราบว่าการถ่ายโอน SLG ที่ดำเนินการโดยใช้วิธีการถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียกต้องใช้เวลาในการดำเนินการทั้งหมด 20–24 ชั่วโมง 38 ด้วยเทคนิคการถ่ายโอนแบบไร้โพลีเมอร์ที่แสดงไว้ที่นี่ (รูปที่ SI4a) เวลาการประมวลผลการถ่ายโอน NGF โดยรวมจะลดลงอย่างมาก (ประมาณ 15 ชั่วโมง) กระบวนการประกอบด้วย: (ขั้นตอนที่ 1) เตรียมสารละลายกัดกรดและวางตัวอย่างลงไป (~10 นาที) จากนั้นรอข้ามคืนเพื่อกัดกรด Ni (~7200 นาที) (ขั้นตอนที่ 2) ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน (ขั้นตอน - 3) . เก็บในน้ำปราศจากไอออนหรือถ่ายโอนไปยังสารตั้งต้นเป้าหมาย (20 นาที) น้ำที่ติดอยู่ระหว่าง NGF และเมทริกซ์ปริมาณมากจะถูกกำจัดออกโดยการกระทำของเส้นเลือดฝอย (โดยใช้กระดาษซับ)38 จากนั้นหยดน้ำที่เหลือจะถูกกำจัดออกโดยการทำให้แห้งตามธรรมชาติ (ประมาณ 30 นาที) และสุดท้ายตัวอย่างจะถูกทำให้แห้งเป็นเวลา 10 นาที ขั้นต่ำในเตาอบสุญญากาศ (10–1 มิลลิบาร์) ที่อุณหภูมิ 50–90 °C (60 นาที) 38.
เป็นที่ทราบกันดีว่ากราไฟท์สามารถทนทานต่อการปรากฏตัวของน้ำและอากาศที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง (≥ 200 °C)50,51,52 เราทดสอบตัวอย่างโดยใช้ Raman spectroscopy, SEM และ XRD หลังจากเก็บไว้ในน้ำปราศจากไอออนที่อุณหภูมิห้องและในขวดปิดผนึกเป็นเวลาหลายวันถึงหนึ่งปี (รูปที่ SI4) ไม่มีการเสื่อมสภาพที่เห็นได้ชัดเจน รูปที่ 2c แสดง FS-NGF และ BS-NGF ที่ตั้งอิสระในน้ำปราศจากไอออน เราจับพวกมันบนสารตั้งต้น SiO2 (300 นาโนเมตร)/Si ดังแสดงที่จุดเริ่มต้นของรูปที่ 2c นอกจากนี้ ดังที่แสดงในรูปที่ 2d,e NGF ต่อเนื่องสามารถถ่ายโอนไปยังซับสเตรตต่างๆ เช่น โพลีเมอร์ (โพลีเอไมด์เทอร์โมไบรท์จาก Nexolve และ Nafion) และกระดาษคาร์บอนเคลือบทอง FS-NGF ที่ลอยอยู่นั้นถูกวางบนพื้นผิวเป้าหมายได้อย่างง่ายดาย (รูปที่ 2c, d) อย่างไรก็ตาม ตัวอย่าง BS-NGF ที่มีขนาดใหญ่กว่า 3 ซม.2 จัดการได้ยากเมื่อจุ่มลงในน้ำจนหมด โดยปกติแล้วเมื่อพวกเขาเริ่มกลิ้งลงไปในน้ำ เนื่องจากการจัดการที่ไม่ระมัดระวัง บางครั้งพวกมันก็แตกออกเป็นสองหรือสามส่วน (รูปที่ 2e) โดยรวมแล้ว เราสามารถบรรลุการถ่ายโอน PS- และ BS-NGF แบบไร้โพลีเมอร์ได้ (การถ่ายโอนต่อเนื่องอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการเติบโตของ NGF/Ni/NGF ที่ 6 ซม.2) สำหรับตัวอย่างที่มีพื้นที่สูงสุด 6 และ 3 ซม.2 ตามลำดับ ชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือเล็กที่เหลือสามารถ (มองเห็นได้ง่ายในสารละลายกัดกร่อนหรือน้ำปราศจากไอออน) บนซับสเตรตที่ต้องการ (~1 mm2, รูปที่ SI4b ดูตัวอย่างที่ถ่ายโอนไปยังกริดทองแดงดังใน “FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ (กล่าวถึง) ภายใต้ “โครงสร้างและคุณสมบัติ”) หรือจัดเก็บเพื่อใช้ในอนาคต (รูปที่ SI4) ตามเกณฑ์นี้ เราประเมินว่า NGF สามารถกู้คืนได้โดยให้ผลตอบแทนสูงถึง 98-99% (หลังจากการเติบโตเพื่อการโอน)
ตัวอย่างการถ่ายโอนที่ไม่มีโพลีเมอร์ได้รับการวิเคราะห์อย่างละเอียด ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ได้รับบน FS- และ BS-NGF/SiO2/Si (รูปที่ 2c) โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (OM) และภาพ SEM (รูปที่ SI5 และรูปที่ 3) แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างเหล่านี้ถูกถ่ายโอนโดยไม่ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ ความเสียหายทางโครงสร้างที่มองเห็นได้ เช่น รอยแตก รู หรือพื้นที่ที่ไม่มีการหมุน รอยพับของ NGF ที่กำลังเติบโต (รูปที่ 3b, d, ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีม่วง) ยังคงไม่บุบสลายหลังจากการถ่ายโอน ทั้ง FS- และ BS-NGF ประกอบด้วยบริเวณ FLG (บริเวณสว่างที่ระบุด้วยลูกศรสีน้ำเงินในรูปที่ 3) น่าประหลาดใจที่ตรงกันข้ามกับบริเวณที่เสียหายไม่กี่ส่วนที่มักพบในระหว่างการถ่ายโอนโพลีเมอร์ของฟิล์มกราไฟท์บางเฉียบ พื้นที่ FLG และ MLG ขนาดไมครอนหลายแห่งที่เชื่อมต่อกับ NGF (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงินในรูปที่ 3d) ถูกถ่ายโอนโดยไม่มีรอยแตกหรือการแตกหัก (รูปที่ 3d) . 3). - ความสมบูรณ์ทางกลได้รับการยืนยันเพิ่มเติมโดยใช้รูปภาพ TEM และ SEM ของ NGF ที่ถ่ายโอนไปยังกริดทองแดงคาร์บอนลูกไม้ ดังที่กล่าวไว้ในภายหลัง (“FS-NGF: โครงสร้างและคุณสมบัติ”) BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอนนั้นมีความหยาบกว่า FS-NGF/SiO2/Si โดยมีค่า rms ที่ 140 nm และ 17 nm ตามลำดับ ดังแสดงในรูป SI6a และ b (20 × 20 μm2) ค่า RMS ของ NGF ที่ถ่ายโอนไปยังซับสเตรต SiO2/Si (RMS < 2 นาโนเมตร) นั้นต่ำกว่าค่า NGF ที่ปลูกบน Ni อย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 3 เท่า) (รูปที่ SI2) ซึ่งบ่งชี้ว่าความหยาบเพิ่มเติมอาจสอดคล้องกับพื้นผิว Ni นอกจากนี้ ภาพ AFM ที่ทำบนขอบของตัวอย่าง FS- และ BS-NGF/SiO2/Si แสดงความหนาของ NGF ที่ 100 และ 80 นาโนเมตร ตามลำดับ (รูปที่ SI7) ความหนาที่น้อยกว่าของ BS-NGF อาจเป็นผลมาจากพื้นผิวที่ไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับก๊าซของสารตั้งต้น
NGF ที่ถ่ายโอน (NiAG) โดยไม่มีโพลีเมอร์บนเวเฟอร์ SiO2 / Si (ดูรูปที่ 2c): (a, b) ภาพ SEM ของ FS-NGF ที่ถ่ายโอน: กำลังขยายต่ำและสูง (ตรงกับสี่เหลี่ยมสีส้มในแผง) พื้นที่ทั่วไป) – ก) ( c, d ) ภาพ SEM ของ BS-NGF ที่ถ่ายโอน: กำลังขยายต่ำและสูง (สอดคล้องกับพื้นที่ทั่วไปที่แสดงโดยสี่เหลี่ยมสีส้มในแผง c) (e, f) รูปภาพ AFM ของ FS- และ BS-NGF ที่ถ่ายโอน ลูกศรสีน้ำเงินแสดงถึงขอบเขต FLG – คอนทราสต์สว่าง ลูกศรสีฟ้า – คอนทราสต์ MLG สีดำ ลูกศรสีแดง – คอนทราสต์สีดำแสดงถึงขอบเขต NGF ลูกศรสีม่วงแดงแสดงถึงรอยพับ
องค์ประกอบทางเคมีของ FS- และ BS-NGF ที่เติบโตและถ่ายโอนได้รับการวิเคราะห์โดย X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (รูปที่ 4) พบจุดสูงสุดที่อ่อนแอในสเปกตรัมที่วัดได้ (รูปที่ 4a, b) ซึ่งสอดคล้องกับสารตั้งต้น Ni (850 eV) ของ FS- และ BS-NGFs (NiAG) ที่เติบโต ไม่มีจุดสูงสุดในสเปกตรัมที่วัดได้ของ FS- และ BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอน (รูปที่ 4c; ไม่ได้แสดงผลลัพธ์ที่คล้ายกันสำหรับ BS-NGF/SiO2/Si) ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีการปนเปื้อน Ni ตกค้างหลังจากการถ่ายโอน . รูปที่ 4d–f แสดงสเปกตรัมความละเอียดสูงของระดับพลังงาน C 1 s, O 1 s และ Si 2p ของ FS-NGF/SiO2/Si พลังงานยึดเหนี่ยวของกราไฟท์ C 1 วินาทีคือ 284.4 eV53.54 รูปร่างเชิงเส้นของยอดกราไฟท์โดยทั่วไปถือว่าไม่สมมาตร ดังแสดงในรูปที่ 4d54 สเปกตรัม C 1 s ระดับคอร์ที่มีความละเอียดสูง (รูปที่ 4d) ยังยืนยันการถ่ายโอนที่บริสุทธิ์ (เช่นไม่มีโพลีเมอร์ตกค้าง) ซึ่งสอดคล้องกับการศึกษาก่อนหน้า ความกว้างของเส้นสเปกตรัม C 1 s ของตัวอย่างที่ปลูกสด (NiAG) และหลังการถ่ายโอนคือ 0.55 และ 0.62 eV ตามลำดับ ค่าเหล่านี้สูงกว่าค่าของ SLG (0.49 eV สำหรับ SLG บนซับสเตรต SiO2)38 อย่างไรก็ตามค่าเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าความกว้างของเส้นที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้สำหรับตัวอย่างกราฟีนแบบไพโรไลติกที่มีทิศทางสูง (~ 0.75 eV) 53, 54, 55 ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีไซต์คาร์บอนที่มีข้อบกพร่องในวัสดุปัจจุบัน สเปกตรัมระดับพื้นดินของ C 1 s และ O 1 ยังขาดไหล่ ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีการแยกส่วนความละเอียดสูงสุด (54) มีจุดสูงสุดของดาวเทียม π → π* ประมาณ 291.1 eV ซึ่งมักพบในตัวอย่างกราไฟท์ สัญญาณ 103 eV และ 532.5 eV ในสเปกตรัมระดับแกนกลาง Si 2p และ O 1 s (ดูรูปที่ 4e, f) มีสาเหตุมาจากสารตั้งต้น SiO2 56 ตามลำดับ XPS เป็นเทคนิคที่ไวต่อพื้นผิว ดังนั้นสัญญาณที่สอดคล้องกับ Ni และ SiO2 ที่ตรวจพบก่อนและหลังการถ่ายโอน NGF ตามลำดับ จึงสันนิษฐานว่ามาจากบริเวณ FLG พบผลลัพธ์ที่คล้ายกันสำหรับตัวอย่าง BS-NGF ที่ถ่ายโอน (ไม่แสดง)
ผลลัพธ์ของ NiAG XPS: (ac) สำรวจสเปกตรัมขององค์ประกอบอะตอมของธาตุต่างๆ ของ FS-NGF/Ni, BS-NGF/Ni และถ่ายโอน FS-NGF/SiO2/Si ตามลำดับ (d–f) สเปกตรัมความละเอียดสูงของระดับคอร์ C 1 s, O 1s และ Si 2p ของตัวอย่าง FS-NGF/SiO2/Si
คุณภาพโดยรวมของผลึก NGF ที่ถูกถ่ายโอนได้รับการประเมินโดยใช้การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD) รูปแบบ XRD ทั่วไป (รูปที่ SI8) ของ FS- และ BS-NGF/SiO2/Si ที่ถ่ายโอนแสดงให้เห็นว่ามีพีคของการเลี้ยวเบน (0 0 0 2) และ (0 0 0 4) ที่ 26.6° และ 54.7° ซึ่งคล้ายกับกราไฟท์ - สิ่งนี้เป็นการยืนยันคุณภาพผลึกระดับสูงของ NGF และสอดคล้องกับระยะห่างระหว่างชั้นที่ d = 0.335 นาโนเมตร ซึ่งได้รับการคงไว้หลังจากขั้นตอนการถ่ายโอน ความเข้มของพีคของการเลี้ยวเบน (0 0 0 2) มีค่าประมาณ 30 เท่าของพีคของการเลี้ยวเบน (0 0 0 4) ซึ่งบ่งชี้ว่าระนาบคริสตัล NGF อยู่ในแนวเดียวกับพื้นผิวตัวอย่างเป็นอย่างดี
จากผลของ SEM, Raman spectroscopy, XPS และ XRD พบว่าคุณภาพของ BS-NGF/Ni เหมือนกับคุณภาพของ FS-NGF/Ni แม้ว่าความหยาบ rms จะสูงกว่าเล็กน้อย (ตัวเลข SI2, SI5) และ SI7)
SLG ที่มีชั้นรองรับโพลีเมอร์หนาสูงสุด 200 นาโนเมตรสามารถลอยบนน้ำได้ โดยทั่วไปการตั้งค่านี้จะใช้ในกระบวนการถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียกโดยใช้โพลีเมอร์ช่วย22,38 กราฟีนและกราไฟต์ไม่ชอบน้ำ (มุมเปียก 80–90°) 57 พื้นผิวพลังงานศักย์ของทั้งกราฟีนและ FLG ได้รับการรายงานว่าค่อนข้างเรียบ โดยมีพลังงานศักย์ต่ำ (~ 1 kJ/mol) สำหรับการเคลื่อนที่ด้านข้างของน้ำที่พื้นผิว อย่างไรก็ตาม พลังงานอันตรกิริยาที่คำนวณได้ของน้ำกับกราฟีนและกราฟีนสามชั้นจะอยู่ที่ประมาณ −13 และ −15 kJ/mol ตามลำดับ ซึ่งบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาของน้ำกับ NGF (ประมาณ 300 ชั้น) นั้นต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกราฟีน นี่อาจเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ NGF อิสระยังคงราบเรียบอยู่บนผิวน้ำ ในขณะที่กราฟีนอิสระ (ซึ่งลอยอยู่ในน้ำ) จะม้วนงอและแตกตัว เมื่อ NGF ถูกจุ่มลงในน้ำจนหมด (ผลลัพธ์จะเหมือนกันสำหรับ NGF แบบหยาบและแบบแบน) ขอบของมันจะโค้งงอ (รูปที่ SI4) ในกรณีของการจุ่มอย่างสมบูรณ์ คาดว่าพลังงานอันตรกิริยาของ NGF กับน้ำจะเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่า (เมื่อเทียบกับ NGF ที่ลอยอยู่) และขอบของรอยพับของ NGF เพื่อรักษามุมสัมผัสที่สูง (การไม่ชอบน้ำ) เราเชื่อว่าสามารถพัฒนากลยุทธ์เพื่อหลีกเลี่ยงการโค้งงอของขอบของ NGF ที่ฝังอยู่ วิธีหนึ่งคือการใช้ตัวทำละลายผสมเพื่อปรับปฏิกิริยาการทำให้เปียกของฟิล์มกราไฟท์59
ก่อนหน้านี้มีการรายงานการถ่ายโอน SLG ไปยังสารตั้งต้นประเภทต่างๆ ผ่านกระบวนการถ่ายโอนสารเคมีแบบเปียก เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าแรง van der Waals ที่อ่อนแอนั้นมีอยู่ระหว่างฟิล์มกราฟีน/กราไฟท์และซับสเตรต (ไม่ว่าจะเป็นซับสเตรตที่แข็ง เช่น SiO2/Si38,41,46,60, SiC38, Au42, Si pillars22 และฟิล์มคาร์บอน lacy30, 34 หรือซับสเตรตที่ยืดหยุ่น เช่น พอลิอิไมด์ 37) ที่นี่เราถือว่าการโต้ตอบประเภทเดียวกันมีอิทธิพลเหนือกว่า เราไม่สังเกตเห็นความเสียหายหรือการหลุดลอกของ NGF สำหรับซับสเตรตใดๆ ที่แสดงไว้ ณ ที่นี้ระหว่างการจัดการเชิงกล (ระหว่างการระบุลักษณะเฉพาะภายใต้สภาวะสุญญากาศและ/หรือบรรยากาศ หรือระหว่างการเก็บรักษา) (เช่น รูปที่ 2, SI7 และ SI9) นอกจากนี้ เราไม่ได้สังเกตเห็นจุดสูงสุดของ SiC ในสเปกตรัม XPS C 1 ของระดับแกนกลางของตัวอย่าง NGF/SiO2/Si (รูปที่ 4) ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าไม่มีพันธะเคมีระหว่าง NGF และสารตั้งต้นเป้าหมาย
ในส่วนก่อนหน้านี้ “การถ่ายโอน FS- และ BS-NGF แบบไร้โพลีเมอร์” เราแสดงให้เห็นว่า NGF สามารถเติบโตและถ่ายโอนบนฟอยล์นิกเกิลทั้งสองด้านได้ FS-NGF และ BS-NGF เหล่านี้ไม่เหมือนกันในแง่ของความหยาบของพื้นผิว ซึ่งทำให้เราต้องสำรวจการใช้งานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละประเภท
เมื่อพิจารณาถึงความโปร่งใสและพื้นผิวที่เรียบเนียนยิ่งขึ้นของ FS-NGF เราได้ศึกษาโครงสร้างเฉพาะที่ คุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้าโดยละเอียดมากขึ้น โครงสร้างและโครงสร้างของ FS-NGF ที่ไม่มีการถ่ายโอนโพลีเมอร์มีลักษณะเฉพาะด้วยการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) และการวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนแบบเลือกพื้นที่ (SAED) ผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องจะแสดงในรูปที่ 5 การถ่ายภาพ TEM ในระนาบกำลังขยายต่ำเผยให้เห็นการมีอยู่ของบริเวณ NGF และ FLG ที่มีลักษณะคอนทราสต์ของอิเล็กตรอนที่แตกต่างกัน เช่น พื้นที่ที่มืดกว่าและสว่างกว่าตามลำดับ (รูปที่ 5a) ภาพยนตร์โดยรวมมีความสมบูรณ์เชิงกลที่ดีและมีความเสถียรระหว่างส่วนต่างๆ ของ NGF และ FLG โดยมีการทับซ้อนกันที่ดี และไม่มีความเสียหายหรือการฉีกขาด ซึ่งได้รับการยืนยันโดย SEM (รูปที่ 3) และการศึกษา TEM กำลังขยายสูง (รูปที่ 5c-e) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปที่ 5d แสดงโครงสร้างสะพานที่ส่วนที่ใหญ่ที่สุด (ตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรประสีดำในรูปที่ 5d) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยรูปทรงสามเหลี่ยมและประกอบด้วยชั้นกราฟีนที่มีความกว้างประมาณ 51 องค์ประกอบที่มีระยะห่างระหว่างระนาบ 0.33 ± 0.01 นาโนเมตรจะลดลงเหลือกราฟีนหลายชั้นในบริเวณที่แคบที่สุด (ส่วนท้ายของลูกศรสีดำทึบในรูปที่ 5 ง)
ภาพ TEM ในระนาบของตัวอย่าง NiAG ที่ปราศจากโพลีเมอร์บนตารางทองแดงคาร์บอนลูกไม้ลูกไม้: (a, b) ภาพ TEM กำลังขยายต่ำรวมถึงภูมิภาค NGF และ FLG (ce) ภาพกำลังขยายสูงของภูมิภาคต่าง ๆ ในแผง -a และแผง -b คือ ลูกศรที่มีเครื่องหมายสีเดียวกัน ลูกศรสีเขียวในแผง a และ c ระบุพื้นที่วงกลมของความเสียหายระหว่างการจัดแนวลำแสง (f–i) ในแผง a ถึง c รูปแบบ SAED ในภูมิภาคต่างๆ จะถูกระบุด้วยวงกลมสีน้ำเงิน สีฟ้า สีส้ม และสีแดง ตามลำดับ
โครงสร้างริบบิ้นในรูปที่ 5c แสดง (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีแดง) การวางแนวแนวตั้งของระนาบโครงตาข่ายกราไฟท์ ซึ่งอาจเนื่องมาจากการก่อตัวของนาโนโฟลด์ตามฟิล์ม (สิ่งที่ใส่เข้าไปในรูปที่ 5c) เนื่องจากความเค้นเฉือนที่ไม่ได้รับการชดเชยส่วนเกิน 30,61,62 . ภายใต้ TEM ที่มีความละเอียดสูง nanofolds 30 เหล่านี้แสดงการวางแนวของผลึกศาสตร์ที่แตกต่างจากส่วนที่เหลือของภูมิภาค NGF ระนาบฐานของโครงตาข่ายกราไฟท์นั้นวางตัวเกือบจะในแนวตั้ง แทนที่จะเป็นแนวนอนเหมือนส่วนที่เหลือของฟิล์ม (แทรกในรูปที่ 5c) ในทำนองเดียวกัน ภูมิภาค FLG บางครั้งจะแสดงรอยพับคล้ายแถบเส้นตรงและแคบ (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงิน) ซึ่งปรากฏที่กำลังขยายต่ำและปานกลางในรูปที่ 5b, 5e ตามลำดับ สิ่งที่ใส่เข้าไปในรูปที่ 5e ยืนยันการมีอยู่ของชั้นกราฟีนสองและสามชั้นในภาค FLG (ระยะห่างระหว่างระนาบ 0.33 ± 0.01 นาโนเมตร) ซึ่งเป็นข้อตกลงที่ดีกับผลลัพธ์ก่อนหน้าของเรา นอกจากนี้ ภาพ SEM ที่บันทึกไว้ของ NGF ที่ปราศจากโพลีเมอร์ที่ถ่ายโอนไปยังกริดทองแดงที่มีฟิล์มคาร์บอนเป็นลูกไม้ (หลังจากดำเนินการวัด TEM มุมมองด้านบน) จะแสดงในรูปที่ SI9 บริเวณ FLG ที่แขวนลอยอย่างดี (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีน้ำเงิน) และบริเวณที่แตกหักในรูปที่ SI9f ลูกศรสีน้ำเงิน (ที่ขอบของ NGF ที่ถูกถ่ายโอน) ตั้งใจนำเสนอเพื่อแสดงให้เห็นว่าบริเวณ FLG สามารถต้านทานกระบวนการถ่ายโอนโดยไม่ต้องใช้โพลีเมอร์ โดยสรุป ภาพเหล่านี้ยืนยันว่า NGF ที่ถูกระงับบางส่วน (รวมถึงบริเวณ FLG) จะรักษาความสมบูรณ์ทางกลไก แม้หลังจากการจัดการอย่างเข้มงวดและการสัมผัสกับสุญญากาศสูงในระหว่างการวัด TEM และ SEM (รูปที่ SI9)
เนื่องจากความเรียบที่ยอดเยี่ยมของ NGF (ดูรูปที่ 5a) จึงไม่ยากที่จะวางแนวสะเก็ดตามแกนโดเมน [0001] เพื่อวิเคราะห์โครงสร้าง SAED ขึ้นอยู่กับความหนาในท้องถิ่นของฟิล์มและตำแหน่งของฟิล์ม มีการระบุบริเวณที่น่าสนใจหลายแห่ง (12 คะแนน) สำหรับการศึกษาการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน ในรูปที่ 5a–c พื้นที่ทั่วไปสี่แห่งจะแสดงและทำเครื่องหมายด้วยวงกลมสี (รหัสสีน้ำเงิน สีฟ้า สีส้ม และสีแดง) รูปที่ 2 และ 3 สำหรับโหมด SAED รูปที่ 5f และ g ได้มาจากขอบเขต FLG ที่แสดงในรูปที่ 5 และ 5 ดังแสดงในรูปที่ 5b และ c ตามลำดับ มีโครงสร้างหกเหลี่ยมคล้ายกับกราฟีนบิดเกลียว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง รูปที่ 5f แสดงรูปแบบซ้อนทับสามรูปแบบที่มีการวางแนวเดียวกันของแกนโซน [0001] ซึ่งหมุนได้ 10° และ 20° ดังที่เห็นได้จากความไม่ตรงกันเชิงมุมของการสะท้อน (10-10) สามคู่ ในทำนองเดียวกัน รูปที่ 5g แสดงรูปแบบหกเหลี่ยมซ้อนทับสองรูปแบบที่หมุน 20° รูปแบบหกเหลี่ยมสองหรือสามกลุ่มในภูมิภาค FLG สามารถเกิดขึ้นได้จากชั้นกราฟีนในระนาบหรือนอกระนาบ 33 สามชั้นที่หมุนโดยสัมพันธ์กัน ในทางตรงกันข้าม รูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนในรูปที่ 5h, i (สอดคล้องกับขอบเขต NGF ที่แสดงในรูปที่ 5a) แสดงรูปแบบเดียว [0001] ที่มีความเข้มของการเลี้ยวเบนของจุดที่สูงกว่าโดยรวม ซึ่งสอดคล้องกับความหนาของวัสดุที่มากขึ้น แบบจำลอง SAED เหล่านี้สอดคล้องกับโครงสร้างกราไฟต์ที่หนากว่าและการวางแนวตรงกลางมากกว่า FLG ตามที่อนุมานจากดัชนี 64 ลักษณะเฉพาะของคุณสมบัติผลึกของ NGF เผยให้เห็นการอยู่ร่วมกันของผลึกกราไฟท์ (หรือกราฟีน) ที่ซ้อนทับสองหรือสามอัน สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษในภูมิภาค FLG ก็คือผลึกมีระดับหนึ่งของการวางแนวที่ผิดแนวในระนาบหรือนอกระนาบ ก่อนหน้านี้มีการรายงานอนุภาค/ชั้นกราไฟท์ที่มีมุมการหมุนในระนาบ 17°, 22° และ 25° สำหรับ NGF ที่ปลูกบนฟิล์ม Ni 64 ค่ามุมการหมุนที่สังเกตได้ในการศึกษานี้สอดคล้องกับมุมการหมุนที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้ (± 1°) สำหรับกราฟีน BLG63 ที่บิดเบี้ยว
วัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าของ NGF/SiO2/Si ที่ 300 K บนพื้นที่ 10×3 mm2 ค่าความเข้มข้นของตัวพาอิเล็กตรอน ความคล่องตัว และค่าการนำไฟฟ้าคือ 1.6 × 1,020 cm-3, 220 cm2 V-1 C-1 และ 2000 S-cm-1 ตามลำดับ ค่าความคล่องตัวและค่าการนำไฟฟ้าของ NGF ของเรานั้นใกล้เคียงกับกราไฟท์ธรรมชาติ2 และสูงกว่ากราไฟท์แบบไพโรไลติกที่มีความเข้มข้นสูงตามท้องตลาด (ผลิตที่อุณหภูมิ 3000 °C)29 ค่าความเข้มข้นของตัวพาอิเล็กตรอนที่สังเกตได้คือขนาดที่สูงกว่าค่าที่รายงานเมื่อเร็วๆ นี้ (7.25 × 10 ซม.-3) สองลำดับสำหรับฟิล์มกราไฟท์หนาไมครอนที่เตรียมโดยใช้แผ่นโพลีอิไมด์อุณหภูมิสูง (3200 °C) 20
นอกจากนี้เรายังทำการวัดการส่งผ่านที่มองเห็นด้วยรังสียูวีบน FS-NGF ที่ถ่ายโอนไปยังซับสเตรตของควอตซ์ (รูปที่ 6) สเปกตรัมที่ได้จะแสดงการส่งผ่านเกือบคงที่ที่ 62% ในช่วง 350–800 นาโนเมตร ซึ่งบ่งชี้ว่า NGF นั้นโปร่งแสงต่อแสงที่มองเห็นได้ อันที่จริง ชื่อ "KAUST" สามารถเห็นได้ในภาพถ่ายดิจิทัลของกลุ่มตัวอย่างในรูปที่ 6b แม้ว่าโครงสร้างนาโนคริสตัลไลน์ของ NGF จะแตกต่างจาก SLG แต่สามารถประมาณจำนวนชั้นโดยประมาณได้โดยใช้กฎการสูญเสียการส่งผ่าน 2.3% ต่อชั้นเพิ่มเติม จากความสัมพันธ์นี้ จำนวนชั้นกราฟีนที่มีการสูญเสียการส่งผ่าน 38% คือ 21 ชั้น NGF ที่โตแล้วส่วนใหญ่ประกอบด้วยชั้นกราฟีน 300 ชั้น เช่น ความหนาประมาณ 100 นาโนเมตร (รูปที่ 1, SI5 และ SI7) ดังนั้นเราจึงถือว่าความโปร่งใสของแสงที่สังเกตได้นั้นสอดคล้องกับภูมิภาค FLG และ MLG เนื่องจากมีการกระจายไปทั่วภาพยนตร์ (รูปที่ 1, 3, 5 และ 6c) นอกจากข้อมูลโครงสร้างข้างต้นแล้ว การนำไฟฟ้าและความโปร่งใสยังช่วยยืนยันคุณภาพผลึกในระดับสูงของ NGF ที่ถูกถ่ายโอนอีกด้วย
(a) การวัดการส่งผ่านที่มองเห็นด้วยรังสียูวี (b) การถ่ายโอน NGF โดยทั่วไปบนควอตซ์โดยใช้ตัวอย่างที่เป็นตัวแทน ( c ) แผนผังของ NGF (กล่องมืด) ที่มีการกระจายพื้นที่ FLG และ MLG อย่างเท่าเทียมกันซึ่งทำเครื่องหมายเป็นรูปร่างสุ่มสีเทาตลอดตัวอย่าง (ดูรูปที่ 1) (พื้นที่ประมาณ 0.1–3% ต่อ 100 μm2) รูปร่างแบบสุ่มและขนาดในแผนภาพมีไว้เพื่อเป็นตัวอย่างเท่านั้น และไม่สอดคล้องกับพื้นที่จริง
NGF โปร่งแสงที่ปลูกโดย CVD ได้ถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวซิลิคอนเปลือยและใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์แล้ว 15,16 ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน (PCE) ที่ได้คือ 1.5% NGF เหล่านี้ทำหน้าที่หลายอย่าง เช่น ชั้นของสารประกอบแอคทีฟ เส้นทางการขนส่งประจุ และอิเล็กโทรดโปร่งใส15,16 อย่างไรก็ตาม ฟิล์มกราไฟท์ไม่สม่ำเสมอ การปรับให้เหมาะสมเพิ่มเติมเป็นสิ่งจำเป็นโดยการควบคุมความต้านทานของแผ่นและการส่งผ่านแสงของอิเล็กโทรดกราไฟท์อย่างระมัดระวัง เนื่องจากคุณสมบัติทั้งสองนี้มีบทบาทสำคัญในการกำหนดค่า PCE ของเซลล์แสงอาทิตย์15,16 โดยทั่วไป ฟิล์มกราฟีนจะโปร่งใส 97.7% ต่อแสงที่มองเห็น แต่มีความต้านทานของแผ่นที่ 200–3000 โอห์ม/ตร.ม. 16 ความต้านทานพื้นผิวของฟิล์มกราฟีนสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มจำนวนชั้น (การถ่ายโอนชั้นกราฟีนหลายครั้ง) และการเติมด้วย HNO3 (~30 โอห์ม/ตร.ม.)66 อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ใช้เวลานานและชั้นการถ่ายโอนที่แตกต่างกันไม่ได้รักษาการสัมผัสที่ดีเสมอไป NGF ด้านหน้าของเรามีคุณสมบัติเช่น ความนำไฟฟ้า 2000 S/cm ความต้านทานของแผ่นฟิล์ม 50 โอห์ม/ตร.ม. และความโปร่งใส 62% ทำให้เป็นทางเลือกที่เป็นไปได้สำหรับช่องนำไฟฟ้าหรืออิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ในเซลล์แสงอาทิตย์15,16
แม้ว่าโครงสร้างและเคมีพื้นผิวของ BS-NGF จะคล้ายคลึงกับ FS-NGF แต่ความหยาบของมันก็แตกต่างกัน (“การเติบโตของ FS- และ BS-NGF”) ก่อนหน้านี้ เราใช้กราไฟท์ฟิล์มบางพิเศษ22 เป็นเซ็นเซอร์ก๊าซ ดังนั้นเราจึงทดสอบความเป็นไปได้ของการใช้ BS-NGF สำหรับงานตรวจวัดก๊าซ (รูปที่ SI10) ขั้นแรก ส่วนขนาด mm2 ของ BS-NGF จะถูกถ่ายโอนไปยังชิปเซ็นเซอร์อิเล็กโทรดที่ประสานกัน (รูปที่ SI10a-c) มีการรายงานรายละเอียดการผลิตชิปก่อนหน้านี้ พื้นที่ไวต่อการใช้งานของมันคือ 9 mm267 ในภาพ SEM (รูปที่ SI10b และ c) อิเล็กโทรดทองคำที่อยู่ด้านล่างจะมองเห็นได้ชัดเจนผ่าน NGF ขอย้ำอีกครั้งว่าตัวอย่างทั้งหมดมีความครอบคลุมชิปสม่ำเสมอ การตรวจวัดเซ็นเซอร์ก๊าซของก๊าซต่างๆ ได้รับการบันทึก (รูปที่ SI10d) (รูปที่ SI11) และอัตราการตอบสนองที่ได้จะแสดงไว้ในรูปที่ SI10ก. มีแนวโน้มที่จะเกิดกับก๊าซรบกวนอื่นๆ รวมถึง SO2 (200 ppm), H2 (2%), CH4 (200 ppm), CO2 (2%), H2S (200 ppm) และ NH3 (200 ppm ) สาเหตุหนึ่งที่เป็นไปได้คือ NO2 ลักษณะอิเล็กโทรฟิลิกของก๊าซ22,68 เมื่อดูดซับบนพื้นผิวของกราฟีน จะลดการดูดซับกระแสไฟฟ้าของอิเล็กตรอนโดยระบบ การเปรียบเทียบข้อมูลเวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์ BS-NGF กับเซ็นเซอร์ที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้แสดงไว้ในตาราง SI2 กลไกในการเปิดใช้งานเซ็นเซอร์ NGF อีกครั้งโดยใช้พลาสมา UV, พลาสมา O3 หรือการบำบัดตัวอย่างที่สัมผัสด้วยความร้อน (50–150°C) กำลังดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง ตามมาด้วยการนำระบบฝังตัว69 ไปใช้อย่างเหมาะสม
ในระหว่างกระบวนการ CVD การเติบโตของกราฟีนเกิดขึ้นทั้งสองด้านของสารตั้งต้นตัวเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม BS-graphene มักจะถูกดีดออกมาในระหว่างกระบวนการถ่ายโอน ในการศึกษานี้ เราแสดงให้เห็นว่าการเติบโตของ NGF คุณภาพสูงและการถ่ายโอน NGF ที่ปราศจากโพลีเมอร์สามารถทำได้ทั้งสองด้านของตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา BS-NGF นั้นบางกว่า (~80 nm) มากกว่า FS-NGF (~100 nm) และความแตกต่างนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า BS-Ni ไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับการไหลของก๊าซของสารตั้งต้น นอกจากนี้เรายังพบว่าความหยาบของซับสเตรต NiAR มีอิทธิพลต่อความหยาบของ NGF ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าระนาบ FS-NGF ที่โตแล้วสามารถใช้เป็นวัสดุตั้งต้นสำหรับกราฟีน (โดยวิธีการขัดผิว) หรือเป็นช่องทางนำไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์ ในทางตรงกันข้าม BS-NGF จะใช้สำหรับการตรวจจับก๊าซ (รูปที่ SI9) และอาจใช้กับระบบกักเก็บพลังงาน71,72 ซึ่งความหยาบผิวจะเป็นประโยชน์
เมื่อพิจารณาจากที่กล่าวมาข้างต้น จะมีประโยชน์ที่จะรวมงานปัจจุบันเข้ากับฟิล์มกราไฟท์ที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้ซึ่งปลูกโดย CVD และใช้ฟอยล์นิกเกิล ดังที่เห็นในตารางที่ 2 แรงกดดันที่สูงกว่าที่เราใช้จะทำให้เวลาปฏิกิริยา (ระยะการเจริญเติบโต) สั้นลง แม้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (ในช่วง 850–1300 °C) นอกจากนี้เรายังมีการเติบโตที่มากกว่าปกติ ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการขยายธุรกิจ มีปัจจัยอื่นๆ ที่ต้องพิจารณา ซึ่งบางส่วนเราได้รวมไว้ในตารางแล้ว
NGF คุณภาพสูงสองด้านปลูกบนฟอยล์นิกเกิลโดยตัวเร่งปฏิกิริยา CVD ด้วยการขจัดซับสเตรตโพลีเมอร์แบบดั้งเดิม (เช่น ที่ใช้ในกราฟีน CVD) เราจึงสามารถถ่ายโอน NGF แบบเปียกที่สะอาดและปราศจากข้อบกพร่อง (ที่ปลูกที่ด้านหลังและด้านหน้าของฟอยล์นิกเกิล) ไปยังซับสเตรตที่มีความสำคัญต่อกระบวนการต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NGF รวมถึงบริเวณ FLG และ MLG (โดยทั่วไป 0.1% ถึง 3% ต่อ 100 µm2) ที่มีการบูรณาการเชิงโครงสร้างอย่างดีเข้ากับฟิล์มที่หนากว่า Planar TEM แสดงให้เห็นว่าบริเวณเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคกราไฟท์/กราฟีนสองถึงสามกอง (คริสตัลหรือชั้น ตามลำดับ) ซึ่งบางอนุภาคมีการหมุนที่ไม่ตรงกันที่ 10–20° ภูมิภาค FLG และ MLG มีหน้าที่รับผิดชอบในเรื่องความโปร่งใสของ FS-NGF ต่อแสงที่มองเห็นได้ สำหรับแผ่นด้านหลัง สามารถยกขนานกับแผ่นหน้าได้ และดังที่แสดงไว้ว่าสามารถนำไปใช้งานได้ (เช่น สำหรับการตรวจจับก๊าซ) การศึกษาเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในการลดของเสียและต้นทุนในกระบวนการ CVD ในระดับอุตสาหกรรม
โดยทั่วไป ความหนาเฉลี่ยของ CVD NGF อยู่ระหว่างกราฟีน (ชั้นต่ำและหลายชั้น) และแผ่นกราไฟท์ระดับอุตสาหกรรม (ไมโครมิเตอร์) คุณสมบัติที่น่าสนใจที่หลากหลาย รวมกับวิธีการง่ายๆ ที่เราพัฒนาขึ้นสำหรับการผลิตและการขนส่ง ทำให้ฟิล์มเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองเชิงฟังก์ชันของกราไฟท์ โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานสูงที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
มีการติดตั้งฟอยล์นิกเกิลหนา 25 ไมโครเมตร (ความบริสุทธิ์ 99.5%, Goodfellow) ในเครื่องปฏิกรณ์ CVD เชิงพาณิชย์ (Aixtron 4 นิ้ว BMPro) ระบบถูกไล่อากาศด้วยอาร์กอนและอพยพไปที่ความดันพื้นฐาน 10-3 มิลลิบาร์ จากนั้นจึงวางฟอยล์นิกเกิล ใน Ar/H2 (หลังจากอบอ่อนฟอยล์ Ni ล่วงหน้าเป็นเวลา 5 นาที ฟอยล์จะถูกสัมผัสกับความดัน 500 mbar ที่ 900 °C NGF ถูกสะสมอยู่ในการไหลของ CH4/H2 (แต่ละอัน 100 cm3) เป็นเวลา 5 นาที จากนั้นตัวอย่างจะถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่า 700 °C โดยใช้ Ar flow (4000 cm3) ที่ 40 °C/นาที รายละเอียดเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเจริญเติบโตของ NGF มีการอธิบายไว้ที่อื่น
สัณฐานวิทยาพื้นผิวของตัวอย่างถูกมองเห็นโดย SEM โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ Zeiss Merlin (1 kV, 50 pA) วัดความหยาบผิวของตัวอย่างและความหนาของ NGF โดยใช้ AFM (Dimension Icon SPM, Bruker) การวัด TEM และ SAED ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ FEI Titan 80–300 Cubed ที่ติดตั้งปืนปล่อยสนามความสว่างสูง (300 kV), โมโนโครมาเตอร์ประเภท FEI Wien และตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนทรงกลมของเลนส์ CEOS เพื่อให้ได้ผลลัพธ์สุดท้าย ความละเอียดเชิงพื้นที่ 0.09 นาโนเมตร ตัวอย่าง NGF ถูกถ่ายโอนไปยังกริดทองแดงเคลือบคาร์บอนเลซี่สำหรับการถ่ายภาพ TEM แบบเรียบและการวิเคราะห์โครงสร้าง SAED ดังนั้น ตะกอนตัวอย่างส่วนใหญ่จึงแขวนอยู่ในรูพรุนของเยื่อรองรับ ตัวอย่าง NGF ที่ถูกถ่ายโอนถูกวิเคราะห์โดย XRD ได้รับรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์โดยใช้เครื่องวัดการเลี้ยวเบนของผง (Brucker, ตัวเปลี่ยนเฟส D2 พร้อมแหล่งกำเนิด Cu Kα, 1.5418 Å และเครื่องตรวจจับ LYNXEYE) โดยใช้แหล่งกำเนิดรังสี Cu ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง 3 มม.
การวัดจุดรามานหลายครั้งถูกบันทึกโดยใช้กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลแบบอินทิเกรต (Alpha 300 RA, WITeC) ใช้เลเซอร์ 532 นาโนเมตรที่มีกำลังกระตุ้นต่ำ (25%) เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เกิดจากความร้อน X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ดำเนินการบน Kratos Axis Ultra สเปกโตรมิเตอร์เหนือพื้นที่ตัวอย่าง 300 × 700 μm2 โดยใช้การแผ่รังสี Al Kα แบบเอกรงค์เดียว (hν = 1486.6 eV) ที่กำลัง 150 W ได้สเปกตรัมความละเอียดที่ พลังงานการส่งผ่าน 160 eV และ 20 eV ตามลำดับ ตัวอย่าง NGF ที่ถ่ายโอนไปยัง SiO2 ถูกตัดเป็นชิ้น ๆ (ชิ้นละ 3 × 10 mm2) โดยใช้เลเซอร์ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียม PLS6MW (1.06 μm) ที่ 30 W หน้าสัมผัสลวดทองแดง (หนา 50 μm) ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ซิลเวอร์เพสต์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง การทดลองการขนส่งทางไฟฟ้าและเอฟเฟกต์ฮอลล์ดำเนินการกับตัวอย่างเหล่านี้ที่ 300 K และความแปรผันของสนามแม่เหล็ก ± 9 เทสลาในระบบการวัดคุณสมบัติทางกายภาพ (PPMS EverCool-II, Quantum Design, USA) สเปกตรัม UV – vis ที่ส่งผ่านถูกบันทึกโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ UV – vis ของ Lambda 950 ในช่วง 350–800 นาโนเมตร NGF ที่ถ่ายโอนไปยังพื้นผิวควอตซ์และตัวอย่างอ้างอิงควอตซ์
เซ็นเซอร์ความต้านทานต่อสารเคมี (ชิปอิเล็กโทรดแบบอินเทอร์ดิจิตัล) ถูกต่อสายเข้ากับแผงวงจรพิมพ์แบบกำหนดเอง 73 และความต้านทานถูกแยกออกชั่วคราว แผงวงจรพิมพ์ที่ติดตั้งอุปกรณ์นั้นเชื่อมต่อกับขั้วต่อหน้าสัมผัสและวางไว้ภายในห้องตรวจจับก๊าซ 74 การวัดความต้านทานดำเนินการที่แรงดันไฟฟ้า 1 V โดยมีการสแกนอย่างต่อเนื่องตั้งแต่การล้างไปจนถึงการสัมผัสก๊าซ จากนั้นจึงไล่ล้างอีกครั้ง ห้องเพาะเลี้ยงได้รับการทำความสะอาดในตอนแรกโดยการไล่อากาศด้วยไนโตรเจนที่ 200 ลูกบาศก์เซนติเมตร เป็นเวลา 1 ชั่วโมงเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกำจัดสารวิเคราะห์อื่นๆ ทั้งหมดที่มีอยู่ในห้องเพาะเลี้ยง รวมถึงความชื้นด้วย จากนั้นสารวิเคราะห์แต่ละตัวจะถูกปล่อยเข้าไปในห้องอย่างช้าๆ ที่อัตราการไหลเดียวกันที่ 200 cm3 โดยการปิดกระบอกสูบ N2
บทความนี้มีฉบับแก้ไขแล้ว และสามารถเข้าถึงได้ผ่านลิงก์ที่ด้านบนของบทความ
Inagaki, M. และ Kang, F. วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุคาร์บอน: ความรู้พื้นฐาน ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2 แก้ไขแล้ว. 2014.542.
Pearson, HO คู่มือคาร์บอน กราไฟท์ เพชร และฟูลเลอรีน: คุณสมบัติ การแปรรูป และการใช้งาน ฉบับพิมพ์ครั้งแรกได้รับการแก้ไข 1994 รัฐนิวเจอร์ซีย์
ไจ่ดับบลิว และคณะ ฟิล์มกราฟีน/กราไฟท์หลายชั้นในพื้นที่ขนาดใหญ่เป็นอิเล็กโทรดนำไฟฟ้าบางโปร่งใส แอปพลิเคชัน. ฟิสิกส์. ไรท์. 95(12), 123115(2009)
Balandin AA คุณสมบัติทางความร้อนของกราฟีนและวัสดุคาร์บอนที่มีโครงสร้างนาโน แนท. แมตต์ 10(8), 569–581 (2011)
Cheng KY, Brown PW และ Cahill DG การนำความร้อนของฟิล์มกราไฟท์ที่ปลูกบน Ni (111) โดยการสะสมไอสารเคมีที่อุณหภูมิต่ำ คำวิเศษณ์ แมตต์ อินเทอร์เฟซ 3, 16 (2016)
Hesjedal, T. การเติบโตอย่างต่อเนื่องของฟิล์มกราฟีนโดยการสะสมไอสารเคมี แอปพลิเคชัน. ฟิสิกส์. ไรท์. 98(13), 133106(2011)