Graphene – Giải pháp nghiên cứu

1. Giới thiệu Graphene

Graphene đã nhanh chóng nổi lên như vật liệu lượng tử được mong đợi trong nhiều lĩnh vực ứng dụng kể từ thuyết dự đoán năm 1940s và thí nghiệm tách từ Graphite năm 2004. Các ứng dụng có thể kể đến như:

• Bán dẫn
• Công nghệ sinh học
• Vi điện tử
• Pin
• Composite

Tạo diện tích rộng, không khuyết tật, tính đồng nhất sẽ quyết định nhiều ứng dụng. Pristine đơn lớp nguyên sơ trình làng tính cơ lý nhiệt, điện tuyệt vời khi tăng lớp phủ, độ căng và khuyết tật. Giải pháp để thăm dò tính đồng nhất trên Graphene là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng.

Kính hiển vi Raman đồng tiêu RM5 Edinburgh rất lý tưởng cho nghiên cứu Graphene. Khoanh vùng Raman phản ánh thông tin về cấu trúc Graphene và tính điện tử. Nó còn có thể khoanh vùng khu vực bị khuyết, biến dạng, phụ gia, chồng lớp phủ bằng cường độ liên quan và vị trí Raman trên quang phổ, như Fig 1. Trong bài viết này, khả năng của RM5 và phần mềm Ramacle sẽ được sử dụng để nghiên cứu qua số lớp phủ, độ biến dạng và khuyết tật bề mặt trên màng mẫu.

Fig 1: Quang phổ Raman của mẫu với chế độ sử dụng cho đặt tên Khoanh vùng. Vùng D ở 1350 cm^-1, là dạng ring breathing của C sp² trên vòng và kích hoạt Raman trong Graphene có khuyết tật, vùng G ở 1585 cm^-1 được gây ra bởi liên kết sp² dao động dãn trên mặt phẳng, và vùng 2D ở 2680 cm^-1 bắt nguồn từ cộng hưởng kép được cường hóa bởi quy trình dao động của 2 phonon mặt bên.

2. Vật liệu và Giải pháp Khoanh vùng Raman của Graphene

Mẫu được phân tích là đơn và lớp kép màng Graphene được đặt trên nền Si. Khoanh vùng Raman được thực hiện trên mẫu bằng thiết bị Edinburgh, trang bị bước sóng laser 532 nm, vật kính 100X 0.9 NA, đầu dò CCD, Fig 2. Toàn bộ dữ liệu khoanh vùng được phân tích và lập đồ thị bằng phần mềm Ramacle.

Fig 2: Thiết bị RM5 Edinburgh được sử dụng

3. Số lớp phủ Graphene: Phép đo tỷ lệ Khoanh vùng của vùng G và 2D

Sự đa dạng lớp phủ kép trên mẫu có thể được xác định từ đa số peak với cường độ vùng G (I_G) và 2D (I_2D) trong quang phổ Raman. Khi tăng số lớp Graphene thì I_G tăng theo tỷ lệ I_2D. Tỷ lệ vùng 2D/G (I_2D/I_G), dù vậy, có thể khoanh vùng sự đồng nhất và số lớp trên vảy và màng Graphene.

Mẫu Graphene lớp kép trên danh nghĩa được khoanh vùng bằng RM5. Bản đồ của I_G, I_2D, và tỷ lệ I_2D/I_G được lập đồ thị trong Ramacle, như Fig 3. Tỷ lệ peak I_2D/I_G thay đổi nhanh chóng trên bản đồ giữa 0.1 và 2 (Fig 3c), chỉ thị sự thay đổi số lớp nhanh chóng trên mẫu Graphene.

Graphene đơn lớp có tính đặc trưng bằng I_2D/I_G ≥ 2, trong khi lớp kép, I_2D/I_G chạm đến 1. Thêm lớp phủ sẽ làm giá trị I_2D/I_G thấp hơn 1. Vì thế, vùng tối (I_2D/I_G cao) là mẫu đơn lớp, vùng tím.là lớp kép, vùng vàng (I_2D/I_G thấp) là mẫu đa lớp. Quang phổ trong Fig 3d thể hiện sự thay đổi nhanh chóng trong I_2D/I_G trong Quang phổ được ghi nhận ở vùng khác nhau.

Fig 3: Bản đồ Raman I_2D/I_G của mẫu để xác định số lớp

4. Độ biến dạng: Khoanh vùng vị trí peak của vùng G và 2D

Độ biến dạng khiến chiều dài liên kết thay đổi, cả tần số dao động và tính chất vật liệu. Trong Graphene, độ biến dạng có liên quan đến sự thay đổi tần số dao động. Điều này được thấy trong dịch chuyển Raman vùng G và 2D, nghĩa là vùng này được dùng để tạo bản.đồ biến dạng của Graphene.

Fig 4: Vị trí peak của bản đồ khoanh vùng Raman của Graphene khi phát hiện độ biến dạng

Sự phát triển màng đơn trên Wafer có vết nứt, đã được khoanh vùng để xác định.độ biến dạng, như Fig 4. Vùng được khoanh vùng đã được phủ vởi 2 khe hở trên nền Si, theo giả thuyết, để ảnh hưởng tính cơ lý màng Graphene được phủ trên bề mặt và gây ra biến dạng.

Ảnh vị trí peak vùng G được hình thành, Fig 4b, điều này.cũng cho thấy rõ ràng về giảm tần số ở vết nứt được phủ Graphene. Sự kéo dãn giữa tấm Graphene, làm giảm năng lượng kéo dãn, dẫn đến sự thay đổi khi bước sóng nhỏ hơn. Quang phổ giữa 2 vùng được mô tả ở Fig 4c, tại đó còn có thể.thấy tần số vùng 2D giảm trong Graphene dãn.

Tần số giảm của vùng G trong Fig 4b, còn có thể gây ra bởi tăng lớp Graphene. Tuy nhiên, I_G có thể tăng khi số lớp tăng, Fig 4a cho thấy tần số vùng G giảm cùng với I_G. Vì thế, có thể kết luận sự dịch chuyển peak do sự biến dạng, không phải số lớp. Đặc biệt, bản đồ cường độ cho thấy vùng I_G cao, tạo bóng.trong kem, có thể biết là Graphene đa lớp.

5. Khuyết tật: Phép đo tỷ lệ Khoanh vùng của vùng D và G

RM5 có thể.tìm khuyết tật trên Graphene vì sự rối loạn mạng lưới, tạo.peak Raman D (1350 cm^-1) và D’ (1640 cm^-1); nếu không thì không tạo Raman. Nó cho Graphene kích hoạt vì khuyết tật tạo động lực bị mất để đạt.quy trình bảo toàn Raman tán xạ. Số lượng và loại khuyết tật trong Graphene.có thể ảnh hưởng nhanh đến hiệu năng, có thể lợi hoặc hại, phụ thuộc sử dụng. Ví dụ, khuyết tật làm giảm.linh động electron trên nền Graphene, có một số báo cáo cho rằng Graphene.cải thiện phản ứng xúc tác.

Mẫu được khoanh vùng bằng RM5 và I_D, I_G cũng được lập trong Ramacle, Fig 5a và b. I_D/I_G được lập thay nhau trong Ramacle, kết quả ở Fig 5c. I_D/I_G là nền tảng giá trị để xác định pristine và độ dày khuyết tật Graphene. Trong Fig 5c, vùng xanh đen là Graphene độ khuyết tật nhỏ, vùng đổ bóng.trong đỏ và vàng là Graphene độ khuyết tật lớn. Quang phổ từ các vùng khác nhau từ bản đồ được mô tả ở Fig 5d.

Ở vùng độ khuyết tật lớn, cường độ vùng D mạnh hơn vùng G, ngược lại, vùng G là vượt trội hơn vùng D. Vùng D’ còn hiển thị trong vùng độ khuyết tật lớn, giống sự dịch chuyển Raman cao của vùng G. Tỷ lệ giữa vùng D và D’ được sử dụng để phân biệt loại khuyết tật. Ví dụ, giá trị lớn hơn liên kết thì loại sp³ và giá trị thấp hơn sẽ liên kết với loại lỗ trống.

Fig 5: Khoanh vùng Raman I_D/I_G của Graphene khi xác định khuyết tật

6. Kết luận

Kính hiển vi đồng tiêu RM5 được sử dụng để.khoanh vùng số lớp, độ biến dạng, và trọng lượng khuyết tật trong màng Graphene.

Có thể khai thác thông tin.giá trị, như cấu trúc, tính điện tử, … thì RM5 sẽ là lý tưởng nghiên cứu Graphene.

Hãy liên hệ ngay cho Việt Nguyễn để nhận được sự tư vấn, báo giá thiết bị này nhé!

———

Quý khách có nhu cầu tư vấn, vui lòng liên hệ: