Sinteza tankih slojeva grafena metodom brzog termalnog odgrevanja iz različitih ugljeničnih prekursora i njihova karakterizacija

Abstract

Dobijanje uniformnog tankog sloja grafena je od izuzetnog znaĉaja za njegovu primenu u razliĉitim oblastima, pre svega elektronici i medicini. Stoga je dobijanje kontinualnih, homogenih grafenskih tankih slojeva cilj mnogih istraživaĉa u oblasti ugljeniĉnih nanomaterijala. Predmet prouĉavanja ove doktorske disertacije je sinteza tankih slojeva jednoslojnog i višeslojnog grafena metodom brzog termalnog odgrevanja (eng. Rapid Thermal Annealing – RTA). Sinteza tankih slojeva grafena vršena je na razliĉitim podlogama i iz razliĉitih ugljeniĉnih prekursora. Kao podloge za sintezu grafena korišteni su silicijum, bakarna folija i grafitna elektroda. Kao ugljeniĉni prekursor korištene su grafenske kvantne taĉke, fulerol, amorfni ugljenik i grafit. Za sintezu grafena RTA metodom, sloj metala je deponovan na dva naĉina: autokatalitiĉki na silicijumsku i bakarnu foliju i fiziĉkim putem na grafit. Ispitan je uticaj podloge, ugljeniĉnog prekursora, temperature i vremena odgrevanja na sintezu grafena. U cilju sinteze grafenskih tankih slojeva, prethodno je uraĊena sinteza grafenskih kvantnih taĉaka i fulerola kao ugljeniĉnih prekursora. Radi karakterizacije sintetisanih grafenskih tankih slojeva korištena je ramanska spektroskopija kojom je potvrĊena sinteza grafenskog sloja, odreĊen broj sintetisanih grafenskih slojeva i njihov kvalitet. Mikroskopija atomskih sila, skenirajuća i transmisiona elektronska mikroskopija omogućile su vizualizaciju i ispitivanje morfoloških karakteristika formiranih grafenskih tankih slojeva. Na osnovu dobijenih rezultata potvrĊeno je da temperatura i vreme odgrevanja imaju veliki uticaj na broj formiranih slojeva grafena, dok sam ugljeniĉni prekursor i podloga utiĉu na kvalitet dobijenih grafenskih tankih slojeva.

Synthesis of uniform graphene thin film is of great importance for its application in different fields, such as electronics and medicine. Therefore, synthesis of continuous and homogenous graphene is the goal of many researches in the field of carbon nanomaterials. The aim of this doctoral dissertation is synthesis of mono– and multi–layer graphene thin films by rapid thermal annealing (RTA) process. Graphene synthesis was performed on different substrates from different carbon precursors. As substrates for graphene synthesis we used silicon, copper foil and graphite electrode, and as carbon precursors we used graphene quantum dots, fullerol, amorphous carbon and graphite. For graphene synthesis by RTA method the metal layer was deposited by electroless deposition on top of the silicon and copper surface and by sputtering on top of the graphite as substrate. During graphene synthesis, we investigated the influence of substrate type, carbon source, annealing temperature and time on graphene synthesis. For graphene synthesis, we previously performed synthesis of graphene quantum dots and fullerol. For graphene thin films characterisation Raman spectroscopy was used to distinguish the number of formed graphene layers and their level of defects. Atomic force microscopy, scanning and transmission electron microscopy enabled the visualization and the examination of morphological characteristics of formed graphene layers. Based on the results we confirmed that annealing temperature and time have a great influence on the number of formed graphene layers, while substrate and chosen carbon source affect the quality of formed graphene layers.