12 марта 2016г.
Графен – это однослойная двумерная аллотропная модификация углерода, с гексагональной кристаллической решёткой. За короткое время, которое прошло с момента открытия и исследования первых образцов графена, подготовленных механическим расслоением кристаллов графита [1], было разработано очень большое число разнообразных методик синтеза графена.
Целью данной работы было определение числа слоев мультиграфена, полученного методом химического осаждения паров (CVD) на тонкой кобальтовой пленке.
Синтез графена проводился методом (CVD). Данный метод основан на возможности термокаталитического разложения газообразных углеводородов на поверхности металлов с образованием различных наноуглеродных структур.
Подложкой – катализатором для проведения CVD – процесса была тонкая Ni пленка толщиной (d=200 нм), полученная методом плазменного напыления на SiO2 / Si пластину (d= 0,3 мм), планарные размеры образца были 10х10 мм. Синтез осуществлялся в среде пропилена при температуре 400 0С, в вакуумной камере при давлении 1*10-6 мм.рт.ст., время протекания процесса 4 мин.
Метод CVD признан наиболее подходящим для получения графена с различным числом слоев. Подбор универсального способа определения числа слоев является актуальнейшей задачей, это позволит значительно ускорить исследования этого материала. Многие исследовательские группы применяют метод измерения с помощью атомно-силовой микроскопии, но он требует больших временных затрат. Применение рамановской спектроскопии позволяет наиболее эффективным способом определить количество слоев графена без разрушения его кристаллической решетки.
Микрорамановские измерения проводились на спектрометрической установке Renishaw S1000 UV. Спектры возбуждались Ar+- лазером (λ = 488 nm).
Известно, что в рамановских спектрах графита (графена) могут наблюдаться три наиболее интенсивные линии. Линия G на частоте ~ 1582 cm−1 связана с дважды вырожденной фононной модой симметрии E2g из центра зоны Бриллюена (ЗБ). Линия D на частоте ~ 1352 cm−1 возникает в образцах с большим количеством структурных дефектов. Линия 2D (~ 2710 cm−1) связана с резонансным рассеянием света с участием двух фононов одинаковой энергией, но противоположным направлением импульса и дает информацию об упорядочении графитовых (графеновых) слоев
На Рисунке 1 представлен рамановский спектр исследуемого образца. Полученный спектр имеет ярко выраженные пики G и 2D при значениях 1580 см-1 и 2700 см-1.
В работе [3] показано, что для оценки толщины пленки графена может быть использовано соотношение интенсивностей IG/I2D рамановских спектров.
Проведенный анализ показал,
что в пиках, соответствующих хлопьевидным областям
– мультиграфеновые слои, с наименьшим числом слоев 2-4 ,а в точке
Изучение рамановского спектра наноуглеродной структуры, синтезированной методом
CVD на поверхности тонкой пленок Ni, позволило идентифицировать в ней наличие мультиграфенновых областей толщиной 2-4 монослоев и размером порядка 30 мкм.
Полученные результаты дают возможность дальнейшего усовершенствования CVD технологии синтеза графена и методов определения его основных параметров.
Список литературы
1.
Geim, A.K.
and Novoselov, K.S. The rise of graphene.
Nature Mater. 6, 183–191 (2013).
2.
Рутьков Е.В.,
Кузьмичев А.В.,
Галь
Н.Р.
Фазовый переход
графен-
графит
на поверхности науглероженного металла. // Письма
в ЖЭТФ.-2011.- Т.93-В. 3.-С.166-170.
3.
Das A., Chakraboty B., Sood A.K. Bull. // Raman spectroscopy of graphene
on different substrates and influence of defects// Mat. Sci.-2014. -Vol 31.- pp. 593–597.
