通过裸体绝缘体上等离子体处理来观察纳米碳成长从1D形态过渡到2D形态的观察
Rikizo Hatakeyama1,2, Hiroshi Ueno3,4, Eunsang Kwon5
1New Industry Creation Hatchery Center, Tohoku University, Aoba 6-6-04, Aoba-ku, Sendai, 980-8579, Japan. rikizo.hatakeyama.b1@tohoku.ac.jp.
增强等离子体化学蒸汽沉积 (PECVD) 能够在700°C的绝缘体上直接生长单壁碳纳米管 (SWNT) 和石墨烯. 在这种温度下增加等离子流和离子能量只会产生2D石墨烯,而不是SWNTs.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术 纳米技术
- 表面化学 表面化学
背景情况:
- 石墨烯在绝缘体上直接生长对于应用至关重要,但通常需要高温和生长后的转移.
- 无催化剂和无种子生长方法简化了制造,但在温度控制和材料选择性方面面临挑战.
研究的目的:
- 研究2D石墨烯和1D单壁碳纳米管 (SWNTs) 在绝缘基板上的直接生长,使用等离子增强化学蒸气沉积 (PECVD).
- 在PECVD条件下确定纳米碳形成的基本生长机制和温度依赖性.
- 探索等离子体参数对1D和2D纳米碳增长之间的选择性的影响.
主要方法:
- 在赤裸的石英玻璃基板上利用了等离子增强化学蒸汽沉积 (PECVD).
- 采用低流量等离子体和受控的离子能量用于纳米碳合成.
- 在700°C的临界温度下变化的等离子流入和离子能量,以观察纳米碳素形态的变化.
主要成果:
- 在显著降低的700°C的温度下,在石英上实现了SWNT,单层石墨烯 (sGPN) 和几层石墨烯 (fGPN) 的直接生长.
- 在700°C的碳沉积和蚀刻之间确定了一个关键的平衡,使得1D和2D纳米碳的同时生长.
- 观察到在700°C时增加等离子体流入和离子能量时,过渡到完全2D纳米碳增长 (sGPN和基石墨混合物),抑制SWNT和fGPN的形成.
结论:
- PECVD为石墨烯和SWNTs在绝缘体上直接生长提供了一个低温途径,克服了热CVD的局限性.
- 在PECVD中的等离子体参数批判性地控制纳米碳增长的维度,使1D或2D结构的选择性合成成为可能.
- 该方法提供了一种简化,无转移的方法,用于在各种绝缘材料上制造石墨烯和相关的纳米碳素.
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