《利用原子力显微镜研究石墨烯在纳米尺度上的功能特性》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2021-03-27
  • AZO于2021年3月25日发布关于石墨烯的内容,文章指出在纳米电子或能量转换设备中使用石墨烯时,通常需要对材料进行修饰。这些修饰通常采取吸附或共价结合的形式,然而,原始石墨烯的局部表面不均匀性(例如褶皱)可能会影响其均匀性。

    石墨烯的精确纳米级形貌表征至关重要,这必须与评估材料的功能特性相结合。

    原子力显微镜(AFM)是这项任务的理想选择,它结合了真实空间地形成像和功能表面特性的精确检测;例如,附着力,电势和模量。AFM促进了石墨烯和其他二维材料在纳米尺度上的整体表征方法。

    当材料压缩为二维时,就会产生独特的特性,因此,石墨烯展现出一系列特殊的物理特性。这包括优异的载流子动力学、高机械强度和高导热性。

    二维材料如石墨烯有许多潜在的未来应用——从光电子到柔性电子和电化学储能。二维材料的轻量和低维性也引起了奈米电子学研究人员的注意,他们正在研究电子设备的不断缩小

    石墨烯在电子设备中的工业应用需要使用大型晶圆尺度的石墨烯薄膜,这促使研究人员将重点放在改进单层生长程序上。催化铜(Cu)上的化学气相沉积(CVD)是本研究中探索最多的途径。

    然而,在铜衬底上生长的石墨烯需要随后转移到绝缘衬底上,而这一过程可能会破坏单层,并引入污染物。因此,在绝缘衬底上直接生长是石墨烯未来应用发展的重要一步

    本文概述了在爱思强CCS研发反应堆内,在LED级c平面蓝宝石上生长的晶圆级石墨烯的研究。

    AFM的多功能性使得它特别适合于研究绝缘蓝宝石上cvd -grow石墨烯的形态和功能特性。因此,Park系统NX20原子力显微镜上的边带开尔文探针力显微镜(KPFM)被用于蓝宝石上石墨烯的表征。

    石墨烯和蓝宝石表面之间的表面电位有明显的对比。研究人员还注意到石墨烯褶皱和台阶边缘表面电位的变化。

    图1显示了地形和表面电位的三维叠加,清晰地显示了地形特征和KPFM表面电位的相关性。与蓝宝石梯田相比,这种覆盖层可以显著降低石墨烯褶皱和蓝宝石台阶周围的表面电位。表面电位分布也符合用Park的精确纳米力学模式解析的力学特征。

    KPFM和纳米力学信号之间的这种相关性表明石墨烯的电子和机械性能之间存在潜在的联系,表明AFM作为一种全面表征技术的潜力,是2D材料的理想选择。

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