Как российские ученые синтезируют графен с заданным количеством слоев

Синтез CVD-графена © www.rusgraphene.ru

Специалисты компании Русграфен совместно с коллегами из Института общей физики РАН и Института материаловедения Вьетнамской академии наук и технологий разработали способ синтеза CVD-графена с контролируемым числом слоев. Результаты работы опубликованы в журналах Physica Status Solidi C и Physica Status Solidi B.

Гибкие и прозрачные электроды, сенсоры, мембраны, ячейки памяти, насыщаемые поглотители для лазеров — далеко неполный список активно развивающих направлений применения пленок из графена. Важно при этом уметь производить пленки с заданным количеством графеновых слоев — ключевым параметром, определяющим их уникальные физико-химические свойства.

С этой целью мы разработали способ, позволяющий контролировать толщину синтезируемой графеновой пленки (от 3 до 50 и больше слоев) на поверхности никелевой фольги, одной из самых популярных каталитических подложек для синтеза графена.

В экспериментах использовалось оригинальная установка, разработанная компанией Русграфен. На первом этапе проводился отжиг никелевой подложки, помещенной в вакуумную камеру с охлаждаемыми водой стенками. Камера заполнялась до давления 100-500 миллибар смесью аргона и водорода в соотношении 4:1. Затем подложка нагревалась путем пропускания электрического тока до температуры отжига, которая поддерживалась в течение определенного времени. Увеличение тока контролировалось программным обеспечением установки. Измерение температуры проводилось непосредственно с никелевой подложки с помощью инфракрасного пирометра. Было установлено, что скорость нарастания тока, температура и время отжига во многом определяют качество графеновой пленки, образующейся на поверхности никелевой фольги во второй части эксперимента.

В предварительно откаченную камеру подавался углеродосодержащий газ метан (CH4), а никелевая подложка вновь резистивно нагревалась. При температуре 500 °C у поверхности металла происходило терморазложение метана и осаждение углерода на подложку. При 750 °C атомы углерода начинали диффундировать внутрь никеля, увеличивая его электрическое сопротивление. По изменению сопротивления подложки можно судить о количестве атомов углерода, приникших внутрь никеля. А это определяет толщину графеновой пленки, которая образуется после охлаждения подложки. Таким образом, контролируя ряд параметров — скорость нагрева и температуру подложки, ее сопротивление, концентрацию и давление газа, стало возможным синтезировать пленки с заданным числом графеновых слоев. Например, трехслойная графеновая пленка образуется при максимальной температуре никелевой фольги на 30 градусов превышающей температуры начала диффузии (для концентрации метана 2% и давления газа в камере 500 миллибар).

Данный метод используется компанией Русграфен для создания коммерческих образцов CVD-графена с необходимым заказчику количеством слоев.

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈