Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Рис. 1. Фотографии тонких пленок оксида графена на стеклянной (а) и пластиковой (б) подложках.

Рис. 2. Расшифрованные карты Рамановских спектров (15*10 мкм) после фильтрования 20 мл (а) и 80 мл (b) исходного раствора. Различными цветами показано различное количество слоев графита в соответствии с ключом (справа).

Рис. 3. Электрическое сопротивление (а) и светопропускание при длине волны 550 нм (b) тонких пленок восстановленного оксида графена.

Рис. 4. Вольтамперные характеристики тонкой пленки восстановленного оксида графена при различных температурах (а) и микрофотография действующего устройства (б). Канал толщиной 400 нм содержит полученный материал между двумя электродами.

Тонкослойные графеновые пленки для нанотранзисторов

Ключевые слова:  органический транзистор, углеродный материал

Опубликовал(а):  Росляков Илья Владимирович

08 июня 2008

Электронные устройства на основе тонких пленок графита / графена могут иметь блестящее будущее. В частности, они пригодны для создания транзисторов и электродов для органических фотоэлементов. В настоящее время усилия большинства научных групп направлены на получение тонких пленок из углеродного материала на большой площади. Большинство современных технологов применяют метод бумажной печати с дальнейшим переносом на подложку (transfer printing).

В работе “Large-area ultra thin films of reduced graphene oxide as a transparent and flexible electronic material”, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, предложен альтернативный способ синтеза монослойного графена с помощью вакуумной фильтрации. Его простота и воспроизводимость гарантируют получение тонких пленок (от одного до пяти слоев) на большой площади. В качестве прекурсора использовался раствор оксида графена (ОГ) с концентрацией 0,33 мг в литре, который пропускался через целлюлозную мембрану с диаметром пор порядка 25 нм. В результате ОГ задерживался на мембране, образуя слоистую структуру. Толщина пленки регулируется концентрацией раствора и объемом, пропущенным через мембрану. Полученный оксид может быть количественно перенесен на другую подходящую поверхность. В работе удалось создать тонкий слой на пластике и стекле. Для этого мембрану прижимали к требуемой поверхности на 10 часов при комнатной температуре. Далее целлюлозный фильтр растворяли и получали тонкие оксидные пленки на различных подложках (рис. 1).

Количество слоев в зависимости от объема отфильтрованного раствора определяли с помощью атомно-силовой микроскопии и Рамановской спектроскопии. Результаты обоих методов дают близкие результаты. Толщина пленки составляет 1-2 нм при пропускании 20 мл раствора и 3-5 нм для 80 мл. Исходя из полученных данных и принимая теоретическую толщину монослоя порядка 1 нм, было рассчитано их количество (рис. 2). Восстановление образцов с целью получения графена проводилось гидразином в паровой фазе с последующим отжигом в инертной атмосфере при 200ºС. После отжига наблюдается значительное падение сопротивления при малых пропущенных объемах (рис. 3а), которое выходит на константу, когда отфильтровано более 100 мл. В то же время при восстановлении без отжига зависимость наблюдается только после 300 мл. Более интересны оптические свойства полученных пленок (рис. 3b). Видно, что химическое восстановление слоев снижает прозрачность пленки, что в большей степени заметно для отожженного образца.

Кроме всего прочего, в работе продемонстрировано возможное практическое применение восстановленных пленок. Для этого были изготовлены тонкослойные транзисторы. Вольтамперные характеристики устройства, измеренные при различных температурах, и его схема представлены на рисунке 3. Проведенные измерения показывают, что амбиполярные свойства материала сравнимы с чистым графеном.

Американские ученые надеются, что их исследования положили основу технологическому применению устройств на основе восстановленного оксида графена.




Комментарии
А что такое "раствор окиси графена" и как он получается?
Т.е. я, конечно, не в теме, но чем-то это мне способ дезинсекции от Ходжи Насреддина напомнило...
Этот вопрос, кажется, уже когда-то обсуждали...
А где и когда?
Александр Валерьевич,
Вот очень хорошая статья очень хорошего автора.
Обсуждаемая статья и правда немного напомнила Ходжу Насреддина... (он кстати как раз и продавал честную реальную технологию...)
Окись графена - вещество переменного состава, получаемое при глубоком окислении поликристаллического углерода растворами азотной или хлорной кислот, а также перманганатом калия. Хорошо растворима в щелочных растворах. Крайний случай - пиромеллитовая кислота. Остальные продукты можно рассматривать как сильно окисленные, т.е. присоединившие много атомов кислорода, графеновые сетки. Обычно серого цвета.
Время припасть к анналам!
Берём великого Уббелоде с Льюисом "Графит и его кристаллические соединения" за 65 год прошлого тысячелетия и на стр. 165 всё читаем про окись графита. Думаю, много интересного можно почерпнуть. Ведь графен- таки графит, как его не называть.
Но, кстати, ведь много есть способов механо-химического диспергнирования без разрушения кристаллической решётки. Может, стоит подумать?
Владимир Владимирович, к сожалению приведенная Вами ссылка мне недоступна (пароль требують... ).
Павел Анатольевич, если имеется ввиду смесь карбоновых кислот с несколькими сопряженными ароматичкими кольцами, то это не в-во переменого состава, смесь веществ (кстати, неужели при восстановлении графен дает????). И что образует истинный раствор и отфильтровывается бумажным фильтром (или что такое целлюлозная мембрана)?
Александр Анатольевич, как мне всегда казалось, окись (как и другие соединения) ГРАФИТа - это продукт внедрения атомов в межслоевое пространство упомянутого графита (с развижкой слоев), или я не прав? Если ж прав, то у ГРАФЕНа нет межслоевого пространства, а в какой форме окись графита может перейти в раствор (и остаться при этом окисью графита) в упор не понимаю...
Насколько я понимаю, правила игры:
1) получить достаточно растворимую форму графита/графена;
2) нанеси ее куда нужно и как нужно;
3) восстановить хорошую электропроводность.
На мой взгляд (я не занимаюсь этим), пункт 3) самый тяжелый и статья в NL хорошо об этом повествует.

Александр Анатольевич,
Если у Вас есть решения по всем пунктам, патентуйте или пишите хорошие статьи!
(Нужно диспергировать отдельные слои, затем восстанавливая их электропроводность)

Александр Валерьевич,
Не смог найти Ваш Е-мэйл,
чтобы решать проблемы
Владимир Владимирович, сейчас емейл должен быть виден... Заранее спасибо.

(сообщите если не получили или какие проблемы)
Dusha, 10 июня 2008 16:21 
>если имеется ввиду смесь карбоновых кислот с несколькими сопряженными ароматичкими кольцами,
Думаю, имеется ввиду карбогруппы (и прочие возможные кислородсодержащие группы) привязанные к графеновым сеткам с несколькими сотнями тысяч сопряженных ароматических колец. Иначе это дело ни на какой фильтр бы не садилось. Поправьте меня, если я вру.
>Обсуждаемая статья и правда немного напомнила Ходжу Насреддина...
Да по сравнению с общепринятым сейчас методом Гайма - это вообще индустриальная поточная технология
Может кто расскажет, как сейчас графеновые листки делают и свойства на них измеряют?
Dusha, 10 июня 2008 16:24 
Павлу Анатольевичу:
Паша, я ты умеешь оксид делать, на поверхность наносить и восстанавливать? А то тут грандиозный проект затевается...
Владимир Владимирович и Dusha, спасибо разобрался...
Тока неужели метод синтеза управляется только концентрацией и объемом пропущенного через фильтр раствора без зависимости то размеров коллодных частиц, степени их функционализации и т.п.? Не верится как-то...
Александр Валерьевич,
В меру моего ограниченного понимания: поскольку это начальный этап работ по нанесению графена, то так...
Поскольку диспергиргуются молекулярные слои, то средняя толщина покрытия будет просто варьироваться концентрацией (функционализация не так велика для слоев с востановленной/сохраненной проводностью).
Эксперты по графиту, поправьте пожалуйста, если что не так.
Про структуру окиси графита можно почитать в Carbon,vol.26,No.2,p.357 (1988).

Для создания тонких плёнок, думаю, годятся и более простые продукты окисления - гуминовые кислоты, получающиеся экстракцией щёлочью из сильно окисленных углей.

Андрей, окись графита, наверно, легче всего получать из вспученного графита. Если найдём таковой, то попробую.
Dusha, 11 июня 2008 21:40 
>Если найдём таковой, то попробую.
Я искал коммерческие источники, но не нашел. В свое время такой образчик был у Кузнецова.
Вспученный можно разделять и без окисления, по-моему.
Там на старой моей полке должно стоять несколько запаянных ампул с графитатом калия, может найти и вспучить?
Tchoul Maxim, 15 июня 2008 00:47 
Точная копия методики предложенной группой Ринцлера 4 года назад для углеродных нанотруб, только в этом случае вместо нанотрубок взяли графен. http://www.s...5/5688/1273
Трусов Л. А., 15 июня 2008 01:42 
много ли нового Вы читаете в научных статьях?
к слову, методики нашей группы были предложены году эдак в 1969, однако ж сие не означает, что там больше нечего делать.
Tchoul Maxim, 16 июня 2008 06:40 
Просто я хотел сказать, что в большинстве нынешних статей по графену я вижу сxожую картину: как правило берут методику придуманную ранее для нанотрубок и смотрят, можно ли то же самое сделать с графеном. Ничего плохого в этом нет, просто забавно узнавать знакомые нанотрубочные методики в графеновых статьях.
Александр Валерьевич, прошу прощения, что так поздно отвечаю, но просто не было возможности-EXRS8 и др.
Не вдаваясь в обсуждение, что имели в виду авторы под окисью графита: действительно ли окись, полученную тем или иным способом, а именно в присутствии воды+ реагент, либо какое- нибудь соединение внедрения типа бисульфата, вы совершенно правы- это продукт внедрения.Но окись графита не переходит в раствор- это суспензия. И при либо промывке (окись), либо при другой обработке ( бисульфат, etc.) всегда (известно со времён Броди!!!) получают мелкодисперсный продукт. Но отдельные слои не являются объектом воздействия, это результат операций. Но удивление вызывает факт как низкой температуры очистки, так и указание на толщину монослоя 1нм.
Владимир Владимирович, благодарю за указание писать хорошие статьи.
Я бы нижайше принёс несколько на Ваш суд, однако наличие неофитов, мгновенно поднимающих истерику на сей предмет, затрудняет оное.
Позвольте чуть прокомментировать и дальше?
1. Если кому- то удастся получить растворимую форму графита, то Нобель, или часть обеспечена.
2.В настящий момент получение графена состоит в отдирании плёнок от куска HOPG с помощью липкой ленты. То есть, надо сначала изготовить HOPG, затем с кошмарными трудностями его разделить. Но мне безразлично- покупают или добывают всё равно у нескольких действительных производителей. А когда закончится эпоха трофейной экономики, мне ещё более выгодно будет.
Есть попытки добыть графен по сути химическим диспергированием, как в этой статье.
Можно и механическим диспергированием- не истиранием, а, например, свободным ударом.
Но мало кто обращает внимание на получение из расплава, хотя не любимый Вами Уббелоде писал про один из самых совершенных искусственных графитов- киш-графит, выделяемый из чугуна. Вы никогда не были в доменном цеху? Иногда ходишь чуть ли не по колено в мелкодисперсном графите. И скорее всего в этом направлении, к моему сожалению и будет прорыв.
Кстати, про старые публикации: в конце 80х меня интересовала миграция брома через петлевые дислокации при интеркалировании. Ну так через Уббеллоде вышел на стариков Амелинкса и Делавинье, которые для наблюдения в растровом микроскопе скотчем добивались толщин графита в монослой. Видите, как полезно углубляться в хорошо забытое.
Что касается патентов, то у нас политика, как у конкурентов, АСС, сечас Momentivceramics- никаких патентов. Только вовремя не упустить шанса промолчать.
Я помню про новые приборы в жесткой области и могу немного рассказать, если остался интерес. Но в большинстве связан Non-disclosure Confidential Agreements.
Обшее впечатление можно получить на Optigraph GmbH, в России своего сайта нет- очень узкий рынок
Александр Анатольевич,
Мой комментарий подразумевал только положительный смысл, поэтому я ни в коей мере не имел мыслей про "указания".
И никак даже не упоминал Уббелоде в контексте, он не может быть для меня "нелюбимым"! Я его не читал! (Возможно листал в юности, но сознательных воспоминаний не осталось).
Так что извините, если что не так.
Я никогда не занимался графитом, поэтому знаю о нем мало, но в связи с недавним бумом, который я воспринимаю в целом скептически, как коллоидному химику стало весьма интересно про растворимый графит.

Про выделение из карбидов - очень интересно!
Вопрос только, не будет ли там предел растворимости углерода, образование карбидов (в сером чугуне же кремний) сильно ограничивать размер бездефектного графита.

Хотелось бы также выдвинуть аргумент, что диспергировать графит может быть все же не так сложно используя ПАВы (можно же диспергировать в воде любую ароматику).
С ПАВами думаю проблема будет больше избавиться от них. (Но опять же это все чисто умозрительные соображения).

Обязательно посмотрю Оptigraph, но что особенно интересно как работает графит.

Конечно понимаю про конфиденциальность, да и считаю такую политику по отношению к патентам возможно наименьшим злом...
Благодарю, Владимир Владимирович.
Вы знаете, даже в киш-графите основная примесь- железо. Растворимость в железе- стоит посмотреть на фазовую диаграмму, но в Нииграфите висела до последнего времени диаграмма железо-углерод с выделенными участками- это было единственное открытие Нииграфита. В этих участках происходила рекристаллизация графита. В смысле не диаграмма, конечно, а концентрации и сам эффект кристаллизации. Нииграфит- это наши пенаты до увода его и ещё двух институтов с неправильным расположением в Москве в МинОбр.
Посмотрел в Инете ради любопытства- самые худшие ожидания подтвердились- NIST попробовал уже восстанавливать углерод из SiC!! Кошмар! Думаю, сейчас тематику "закроют", а часть рынка уйдёт.

"Хотелось бы также выдвинуть аргумент, что диспергировать графит может быть все же не так сложно используя ПАВы"

Абсолютно согласен! Вы совершенно правы.
Хочется добавить и об измельчении. Измельчали его всячески, чуть ли несколько тысяч часов вплоть до пирофорности. Но одновременно происходила необратимая аморфизация- увеличение межслоевого расстояния и т.д. Сейчас уже, наверно, можно, хотя "правильно составленный лит. обзор на основе отрытых публикаций является подсудным".
Использовали для помола графита, естественного и HOPG дезинтегратор- два диска с пальцами, вращающимися навстречу, между ними поступает графит. При сохранении кристаллографических параметров на микрофотографиях частички графита оказались как раскрытая книга- и не нужно ничего внедрять и деинтеркалировать. Свойства- ну очень любопытные. Не касаясь изобилия хим. центров и т.д., пример практики- измельчённым графитом убирали разлитые нефтепродукты, а в воде он их тоже собирал с поверхности и оставался на плаву! Сейчас, кажется есть целый бизнес на эту тему с бисульфатом в МГУ. Но сравнить по экологии два способа невозможно.
И совместное измельчение! Измельчённые в дезинтеграторе вместе с неким реагентом и спресованные при комнатной(!)температуре микроизделия превосходили по интенсивности тока, возможности выноса в атмосферу и многочисленное и тд. катоды из монокристалла гексаборида лантана.
Можно долго перечислять, но потом бумкнула перестройка и мы занялись только HOPG, а именно графитовыми монохроматорами.
Если вас ещё не утомил, то, надеюсь поговорим и о графитовых монохроматорах.
Что Вы, Александр Анатольевич, это Вам спасибо за очень интересную информацию!
Единственно, давайте, если можно совсем без какой-либо секретной информации, чтобы не записали Вас во враги народа, а меня в шпионы и враги народа одновременно
(А то ведь с возрождением государственности перекосы такого типа не необычны...)
Пытался найти фазовую диаграму НИИГрафита, даже и сайта не нашел, все про санкции...

Но возвращаясь к научному предмету, на тех фазовых диаграмах, что в "школах учат", там везде цементит, а про графит упоминается только в контексте серых высококремниевых чугунов.
И как "восстанавливают" графит из SiC? (Чаще графит SiC покрывают...)
Владимир Владимирович! Посмотрел снова на сайт НииГ.
Помните "Обыкновенное чудо"- "Что было, то было. Ушло."? А когда-то приезжала целая делегация из UCar ( первый владелец производства граф. монохроматоров) уговорить прекратить их производство у нас. Их повели в музей и восторг полный. Слова ведущего дилера UCar(сам был interpreter, запомнил): никогда не видел в одной организации такого полного спектра всех(!) углеродных материалов.
Нииграфит находиться по: НИИграфит. Продукция
Силицированный графит- керамика. Я это и имел в виду, как производственник ( некоторые коллеги поправляют- производитель, кажется, несколько сильно?), когда писал SiC:
НИИграфит. Продукция. СИЛИЦИРОВАННЫЙ ГРАФИТ, и
Керамика на основе бескислородных соединений нитрида и карбида кремния
Знаете, нашёл материал из диаграммы ( да там и ничего не было, обычная диаграмка из школы) в списке эксп. контроля. Ну сами понимаете.
Ура! Таки: Шипков Н.Н., Костиков В.И., Непрошин Е.И., Демин А.В. Рекристаллизованный графит.М.: Металлургия. 1979. 184 с.
Наслаждайтесь.
Александр Анатольевич,
Большое спасибо за сайт НИИ, не продрался к нему сквозь новости о санкциях!
Описание продуктов у них очень хорошее, сразу подумалось, что на фоне предполагаемой борьбы с энергопотерями, много их материалов очень уместны. Я понимаю, что достаточно дорого, но может когда-нибудь и стоит начать строить "на века".
Большое спасибо за ссылку, очень удивился, что ее цитируют до сих пор активно. Постараюсь добраться.
"..., очень удивился. что ее цитируют до сих пор активно."
РГТ (Ti) и др., в том числе и HOPG, опробовались в международных открытых экспериментах для первой стенки Токамака.
Mayorov Alexander Sergeevich, 20 октября 2008 00:19 
О получении графена http://ru.wi...D0%BD%D0%B0
Здравствуйте, хочу спросить у вас (тех кто разбирается в этой области) совет: Тема получения и исследования графена очень интересна и перспективна. Есть идея попробовать модернезировать пару меродов получения плёнок (на базе радного университета ) , с чего посоветуете начать новичку так сказать, и какие методы на ваш взгляд уже в проигрыше. Может уже кто то читал конкретные статьи по этому поводу. Кто вообще занимается подобными исследованиями у нас в стране?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Мезопористый алюмосиликат с наночастицами серебра
Мезопористый алюмосиликат с наночастицами серебра

SCAMT Workshop Week - практическая зимняя школа
SCAMT Workshop Week (SWW) - это уникальный междисциплинарный химико-биологический воркшоп: за 1 неделю у студентов будет возможность сделать научный проект в одной из самых современных областей нанотехнологий и освоить новые практические навыки.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Концентратор метана на основе пористого колонного графена. Наночастицы помогут в борьбе с бактериями зубного налёта. Фтороперовскит NaMnF3: новый виртуальный мультиферроик. В Баку отметили 100-летний юбилей Гасана Багировича Абдуллаева. Нобелевская премия 2018.

Наносистемы: физика, химия, математика (2018, том 9, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume9/9-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Социальные сети - реалии виртуального мира или виртуалии реальности?

Социальные сети опутали сознание, они вызывают психозы и бунты. Поколение Z живет в этом мире с рождения, но что это - реалии виртуального мира или виртуальность реальности? Немного об официальных страницах наноолимпиады в соцсетях... :)

Материалы реферативного курса "Образование в области нанотехнологий"
Коллектив авторов
Курс посвящен рассмотрению вопросов образования в области нанотехнологий, а также подготовки школьников к олимпиадам вообще и наноолимпиаде, в частности. В рамках курса рекомендуется ознакомиться с представленными материалами и пройти недавние тесты, которые помогут лучше подготовиться к XIII Всероссийской олимпиаде "Нанотехнологии - прорыв в будущее".

Материалы реферативного курса "Наномедицина"
Коллектив авторов
Курс посвящен углублению знаний потенциальных участников наноолимпиады в области наноматериалов и нанотехнологий для биологии и медицины. В рамках курса рекомендуется самостоятельно ознакомиться с представленными материалами и пройти тесты, которые помогут лучше подготовиться к XIII Всероссийской олимпиаде "Нанотехнологии - прорыв в будущее".

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.