يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

إعداد تقشر السائل الانتقال المعادن Dichalcogenide Nanosheets مع تسيطر الحجم والسماكة: دولة على البروتوكول الفن

13.5K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/54806

⸱

ديسمبر 20, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Chair of Applied Physical Chemistry, Ruprecht-Karls University Heidelberg, 2School of Physics and CRANN, Trinity College Dublin

في هذه المقالة

ملخص

بروتوكول لتقشير السائل من المواد الطبقات لnanosheets، يتم تقديم اختيارهم حجم وقياس حجم بواسطة تقنيات مجهرية والطيفية.

الملخص

نلخص التطورات الحديثة في إنتاج صفائح نانوية ثنائية الكالكوجينيد المعدنية الانتقالية المقشرة بالسائل (TMD) بحجم وسمك متحكم فيه. يتم تقشير بلورات طبقات من ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) وثاني كبريتيد التنغستن (WS2) في محلول مائي خافض للتوتر السطحي عن طريق الصوتنة. ينتج عن هذا مخاليط متعددة التشتت تحتوي على صفائح نانوية ذات توزيعات واسعة الحجم والسماكة. ومع ذلك ، بالنسبة لمعظم الأغراض ، يلزم وجود أحجام محددة (من حيث البعد الجانبي والسماكة). على سبيل المثال ، تعتبر الصفائح النانوية الكبيرة والرقيقة مطلوبة للتطبيقات الإلكترونية (البصرية) ، في حين أن الصفائح النانوية الصغيرة الجانبية مثيرة للاهتمام للتطبيقات التحفيزية. لذلك ، يعد اختيار حجم ما بعد التقشير خطوة مهمة نتناولها هنا. نحن نقدم بروتوكولا مفصلا حول الاختيار الفعال للحجم بكميات كبيرة عن طريق الطرد المركزي المتتالي السائل والقياس الكمي للحجم والسمك عن طريق التحليل المجهري الإحصائي (الفحص المجهري للقوة الذرية والفحص المجهري الإلكتروني للإرسال). تظهر المقارنة بين MoS2 و WS2 أن كلتا المادتين يتم اختيارهما بطريقة مماثلة بنفس الإجراء. الأهم من ذلك ، أن تشتت الصفائح النانوية المختارة بالحجم تظهر تغيرات منهجية في أطياف الانقراض البصري الخاصة بها مع الحجم بسبب تأثيرات الحافة والحبس. نوضح كيف ترتبط هذه التغييرات البصرية كميا بأبعاد الصفائح النانوية ونصف كيف يمكن استخراج متوسط طول الصفائح النانوية ورقم الطبقة بشكل موثوق من أطياف الانقراض. يمكن تطبيق بروتوكول التقشير واختيار الحجم على مجموعة واسعة من البلورات ذات الطبقات كما أوضحنا سابقا للجرافين وكبريتيد الغاليوم (GaS) والفوسفور الأسود.

المقدمة

إمكانية لإنتاج والجرافين العملية المتعلقة ثنائي الأبعاد (2D) البلورات في الطور السائل يجعلها المواد واعدة لمجموعة متزايدة من التطبيقات والمواد المركبة، وأجهزة الاستشعار، في تخزين وتحويل الطاقة والمرونة (البصريات) الإلكترونيات. 1-6 لاستغلال المواد النانوية 2D في تطبيقات مثل هذا الأمر سيتطلب والأحبار وظيفية غير مكلفة ويمكن الاعتماد عليها مع حسب الطلب حجم الجانبي وسمك المكونات النانوية، وكذلك التحكم خصائص الانسيابية والمورفولوجية قابلة للعمليات الطباعة / الطلاء على نطاق صناعي. 7 وفي هذا الصدد، أصبح السائل مرحلة تقشير تقنية انتاج هامة مما يتيح الوصول إلى مجموعة كاملة من النانو بكميات كبيرة. ويشمل 6،8،9 هذه الطريقة صوتنة أو قص بلورات الطبقات في السوائل. إذا ما تم اختيار السائل بشكل مناسب (أي مذيبات مناسبة أو السطحي) وnanosheets ستكون الصورةtabilized ضد إعادة تجميع. وقد أظهرت العديد من التطبيقات والأجهزة إثبات صحة المبدأ مثل هذه التقنيات. 6 ولعل أعظم قوة من هذه الاستراتيجية هو تنوعها، عن العديد من بلورات الأم الطبقات يمكن أن تقشر ومعالجتها بطريقة مماثلة، وتوفير الوصول إلى لوحة واسعة من المواد التي يمكن أن يكون متلائما مع التطبيق المطلوب.

ومع ذلك، على الرغم من هذا التقدم الذي حدث مؤخرا، والتشتت المتعدد الناتج الذي يطرح نفسه بسبب هذه الأساليب إنتاج الطور السائل (من حيث طول nanosheet وسمك) لا يزال يمثل عنق الزجاجة في تحقيق الأجهزة عالية الأداء. هذا هو الغالب لأن تطور تقنيات اختيار حجم جديدة ومبتكرة وهكذا يلزم حتى طول nanosheets وتوصيف سمك باستخدام المجهر مملة الإحصائي (مجهر القوة الذرية، AFM و / أو نقل المجهر الإلكتروني، تيم).

وعلى الرغم من هذه التحديات، سفوقد تم الإبلاغ عن تقنيات الطرد المركزي راؤول لتحقيق طول والفرز سمك. 6،10-13 أبسط السيناريو هو الطرد المركزي متجانسة، حيث يتم طرد تشتت في تسريع الطرد المركزي معين ويصب طاف للتحليل. سرعة الطرد المركزي يحدد حجم قطع، حيث كلما زادت السرعة، وأصغر هي nanosheets في طاف. ومع ذلك، فإن هذا الأسلوب تعاني من العيوب اثنين الرئيسية؛ أولا، عندما لا يتم اختيارها nanosheets أكبر (أي، يتم طرد تشتت عند السرعات المنخفضة، ويصب طاف) ستبقى كل nanosheets أصغر أيضا في العينة. ثانيا، بغض النظر عن سرعة الطرد المركزي، فإن نسبة كبيرة من المواد تميل إلى أن يضيع في الرواسب.

استراتيجية بديلة لاختيار حجم هي التدرج الكثافة (أو الإيزوبيكنيكي) الطرد المركزي. 11،14 في هذه الحالة، يتم حقن التشتت إلى التعاون أنبوب الطرد المركزيntaining متوسطة الكثافة التدرج. خلال تنبيذ فائق (عادة> 200000 x ج)، وشكلت درجة الكثافة وnanosheets انتقال إلى نقطة في أجهزة الطرد المركزي حيث كثافة الطفو على (الكثافة بما في ذلك استقرار وقذيفة المذيبات) مباريات كثافة التدرج. لاحظ أن المواد متناهية الصغر يمكن أيضا نقل التصاعدي خلال هذه العملية (تبعا للمكان الذي تم حقنه). في مثل هذه الطريقة، يتم فرز nanosheets بشكل فعال من قبل سمك بدلا من كتلة (مقابل الطرد المركزي متجانس). في حين يقدم هذا الإجراء فرصة فريدة لفرز nanosheets التي كتبها سمك، فإنه يعاني من عيوب ملحوظة. على سبيل المثال، وعوائد منخفضة جدا وفي الوقت الحاضر لا تسمح لانتاج كميات كبيرة من nanosheets فصل. ويرتبط هذا جزئيا إلى محتويات منخفضة من الطبقات الوحيدة في التفرق الأسهم بعد السائل تقشير ويحتمل أن يتم تحسينها من خلال تحسين الإجراءات تقشير في المستقبل. وبالإضافة إلى ذلك، فمن عادة متعددة الخطوات تستغرق وقتا طويلاعملية تنبيذ فائق تنطوي على تكرار متعددة لتحقيق كفاءة اختيار الحجم. وعلاوة على ذلك، في حالة المواد النانوية غير العضوية، ويقتصر على التفرق استقرت البوليمر للحصول على الكثافة المطلوبة ازدهار والمتوسطة التدرج في تشتت قد تتداخل مع مزيد من المعالجة.

لقد أظهرنا مؤخرا أن إجراء أننا السائل المدى سلسلة الطرد المركزي (LCC) يقدم بديلا مثيرا، 13 وهذا ما سنقوم أيضا بالتفصيل في هذه المخطوطة. هذا هو الإجراء متعددة الخطوات التي غاية تنوعا مما يسمح شلالات مختلفة لتكون مصممة وفقا لنتائج المرجوة. وللتدليل على هذه العملية، التي صورت سلسلة القياسية في الشكل (1) ويتضمن عدة خطوات الطرد المركزي حيث يتميز كل سرعة أعلى من سابقه. بعد كل خطوة، يتم الاحتفاظ الرواسب ومن ثم يتم استخدام طاف في مرحلة المتابعة. ونتيجة لذلك، كل الرواسب يحتوي nanosheets في معينمجموعة الحجم الذي تم "المحاصرين" بين اثنين centrifugations مع سرعات مختلفة. أقل واحد إزالة nanosheets أكبر في الرواسب السابقة في حين أن سرعة أعلى يزيل nanosheets أصغر في طاف. حاسمة لLCC، والرواسب الناتجة يمكن redispersed تماما صوتنة معتدل في المتوسط منها، وهو في هذه الحالة هو الصوديوم المائي كوليت H 2 O-SC (بتركيزات SC منخفضة تصل إلى 0،1 ز L -1). والنتيجة هي التفرق مع أي تركيز اختيار تقريبا. الأهم من ذلك، لا يضيع تقريبا المواد في LCC، مما أدى إلى جمع كميات كبيرة نسبيا من nanosheets مختارة الحجم. كما هو موضح هنا، لدينا تطبيق هذا الإجراء إلى عدد من nanosheets-تقشر السائل بما في ذلك موس 2 و WS 2، وكذلك الغاز، 15 أسود الفوسفور 16 و الجرافين 17 في كلا النظامين المذيبات والسطحي.

هذا الطرد المركزي الاجراء فريده تمكن كفاءة الحجم اختيار من السائل تقشر nanosheets، وفيما بعد تمكين تقدما كبيرا من حيث حجمها وتحديد سمك. على وجه الخصوص، من خلال هذا النهج أثبتنا سابقا أن انقراض البصرية (والامتصاصية) أطياف nanosheets تغيير منهجي وظيفة كل من nanosheets الوحشي الأبعاد وnanosheets سمك. ونحن نلخص هنا، وقد سمح ذلك لنا لربط الملف الشخصي الطيفي nanosheet (على وجه التحديد نسبة كثافة في موقعين من الطيف الانقراض) لطول nanosheet نفسه نتيجة لآثار nanosheet الحافة. 12،13 الأهم من ذلك أن نفس المعادلة يمكن أن تستخدم لتحديد حجم MOS 2 و WS 2. وعلاوة على ذلك، وتبين لنا أن-A الأكسيتون موقف تحولات نحو أطوال موجية أقل بوصفها وظيفة من سمك nanosheet يعني ذلك بسبب الآثار الحبس. على الرغم من تقشير، وكذلك اختيار حجم والتصميم هي بشكل عام وليس سرقةإجراءات أوست، نتائج الكمية تعتمد على الخفايا في البروتوكول. ومع ذلك، وخاصة بالنسبة للقادمين الجدد إلى الميدان، فإنه من الصعب الحكم على العملية المعلمات هي الأكثر ملاءمة. ويأتي ذلك وصولا الى حقيقة أن أقسام التجريبية من الأوراق البحثية توفر سوى بروتوكول الخام، دون مناقشة ما أمر متوقع نتيجة عند تعديل الإجراء أو إعطاء عقلانية وراء البروتوكول. في هذه المساهمة، ونحن نعتزم معالجة هذا فضلا عن توفير دليل تفصيلي ومناقشة لإنتاج nanosheets-تقشر السائل من حجم للرقابة وإلى تحديد دقيق لحجم إما عن طريق الفحص المجهري الإحصائي أو تحليل الأطياف الانقراض. ونحن مقتنعون بأن هذا سوف يساعد على تحسين استنساخ ونأمل أن يكون دليلا مفيدا لالتجريبيون الأخرى في هذا المجال البحثي.

figure-introduction-1
فيقوإعادة 1: رسم تخطيطي لاختيار حجم بواسطة الطرد المركزي سلسلة السائل. يتم جمع nanosheets مختارة حجم والرواسب. يتم جمع كل الرواسب أو "محاصر" بين بسرعتين الطرد المركزي (ω) بدءا من السرعات المنخفضة والذهاب الى أعلى منها من خطوة إلى خطوة. الرواسب التخلص منها بعد الطرد المركزي الأول يحتوي على البلورة الطبقات unexfoliated بينما طاف التخلص منها بعد خطوة الطرد المركزي مشاركة يحتوي nanosheets صغير للغاية. وتتولى إعادة تفريق-الرواسب التي تم جمعها في نفس المتوسطة (هنا مائي حل السطحي) في انخفاض أحجام إعداد التفرق مختارة الحجم. مقتبس بإذن من 13. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. السائل تقشير - إعداد التفرق المالية مناسبة

  1. جبل فنجان المعدن تحتها sonotrode في حمام الثلج.
  2. تزج 1.6 غرام من مسحوق TMD في 80 مل من محلول مائي من كوليت الصوديوم (SC) السطحي (تركيز كوليت الصوديوم، C SC = 6 ز L -1) في كأس المعادن.
  3. نقل معلومات سرية الصوتية إلى قاع الكأس المعدنية ومن ثم من قبل ~ 1 سم. لف رقائق الألومنيوم حول التحقيق الصوتية لتجنب تسرب.
  4. يصوتن الخليط تحت الجليد التبريد صوتنة التحقيق لتجنب التدفئة باستخدام طرف مسطح الرأس الصلبة (750 W المعالج) لمدة 1 ساعة على 60٪ السعة (نبض 6 ق على و2 ثانية إيقاف).
  5. أجهزة الطرد المركزي تشتت في سرعة الطرد المركزي من 2660 x ج لمدة 1.5 ساعة. تجاهل طاف تحتوي على شوائب وجمع الرواسب في 80 مل من محلول بالسطح جديدة (C SC = 2 ز L -1).
    ملاحظة: استخدام أقصى ارتفاعات ملء أنابيب الطرد المركزي من الحد الأقصى 10 سم. آلات موسيقية أخرىrwise، وزيادة وقت الطرد المركزي.
  6. تعرض التشتت إلى الثانية، يعد صوتنة باستخدام طرف مسطح الرأس الصلبة لمدة 5 ساعات في 60٪ السعة (نبض 6 ق على و2 ثانية إيقاف) تحت التبريد الجليد. استبدال حمام الجليد كل ح 2 بينما التوقف صوتنة.

2. Nanosheet اختيار حجم من السائل تتالي الطرد المركزي

ملاحظة: لتحديد nanosheets حسب الحجم، السائل الطرد المركزي سلسلة مع بالتتابع يزداد تسارع الطرد المركزي يطبق (الشكل 1). ينصح الإجراء التالي كما اختيار الحجم القياسي من شلال في حالة TMDS. لمواد أخرى، قد تحتاج إلى تعديل سرعة الطرد المركزي.

  1. إزالة مسحوق unexfoliated بواسطة الطرد المركزي في 240 x ج (1.5 krpm)، 2 ساعة. تجاهل الرواسب.
  2. أجهزة الطرد المركزي لطاف في تسريع الطرد المركزي العالي: 425 x ج (2 krpm)، 2 ساعة. جمع الرواسب في بالسطح الطازجة في انخفاض حجم (3-8 مل).
  3. أجهزة الطرد المركزيطاف في تسريع الطرد المركزي اعلى: 950 x ج (3 krpm)، 2 ساعة. جمع الرواسب في بالسطح الطازجة في انخفاض حجم (3-8 مل).
  4. كرر هذا الإجراء مع تسارع الطرد المركزي التالية: 1700 x ج (4 krpm)، 2650 x ج (5 krpm)، 3500 x ج (6 krpm)، 5500 x ج (7.5 krpm)، و9،750 x ج (10 krpm).

3. تحديد Nanosheets الحجم والسماكة بواسطة الميكروسكوب الإحصائية

ملاحظة: إذا كانت المقاييس الطيفية المتاحة بالفعل، القسم 3 يمكن تخطي أو تخفيضها، أي لم تنفذ كل عينة.

  1. طول: نقل الإلكترون المجهري (تيم)
    1. ترسيب
      1. تمييع التفرق تركيز عالية مع الماء (للحد من تركيز السطحي) بحيث تكون الضوء في اللون. يلقي السقوط على الشبكة (على سبيل المثال الكربون هولي، 400 شبكة) وضعت على غشاء فلتر لالفتيل بعيدا مذيب الزائد.
    2. التصوير
      1. ايماج متعددة قياسيوفاق على مواقع مختلفة على الشبكة. ضبط مجال الرؤية اعتمادا على حجم nanosheet. لشامل تيم التصوير التعليمي، أنظر المرجع 18.
    3. التحليل الإحصائي طول القيام بها باستخدام يماغيج
      1. فتح برنامج ImageJ، حدد الصورة تيم ذات الصلة من خلال القائمة "ملف" و "فتح" صورة. سيتم فتح الصورة في نافذة جديدة.
      2. انقر فوق علامة التبويب "تحليل". حدد "على نطاق وضبط" من القائمة المنسدلة. سيتم فتح نافذة جديدة. انقر على "إزالة النطاق"، وضع علامة "العالمية" وانقر على زر "موافق".
      3. حدد أداة "الخط". رسم الشخصية خط على طول شريط حجم الصورة تيم.
      4. انقر على "تحليل". حدد "على نطاق وضبط" من القائمة المنسدلة. أدخل طول شريط النطاق في نانومتر في مربع "المسافة المعروفة" ثم انقر على "موافق".
        ملاحظة: يتم عرض المسافة من الخط الذي رسمته على شريط النطاق في بكسل.
      5. حدد أداة "الخط" وقياس طول nanosheet عن طريق رسم خط صورة من أطول محور nanosheet.
      6. اضغط على "السيطرة + M" لقياس. صندوق جديد يسمى "النتائج" يفتح مع طول nanosheet عرضها في العمود "طول".
      7. كرر الخطوة 3.1.3.6 لجميع nanosheets تودع بشكل فردي (وليس تجميعها منها) في الصورة.
      8. عند فتح صورة جديدة، كرر الخطوات من 3.1.3.3- 3.1.3.7. عد بطول 150 nanosheets.
        ملاحظة: يتم تجميع كافة البيانات طول nanosheet في إطار "النتائج"، ويمكن نسخ إلى برامج أخرى لمزيد من المعالجة.
  2. سمك: مجهر القوة الذرية (AFM)
    1. تمييع التشتت بحيث تكون شفافة تقريبا للعين البشرية (المقابلة لشدة انقراض مثالي ~ 0.2 لكل 1 سم طول المسار في 400 نانومتر). في حالة التفرق السطحي، ويخفف بالماء وليس السطحي.
    2. قطرة-يلقي على رقائق قبل ساخنة. لتشتت المياه القائمة، تسخين ويفر إلى ~ 170 درجة مئوية على طبق ساخن وإيداع 10 ميكرولتر في 0.5 X 0.5 سم 2 رقاقة.
    3. شطف رقائق تماما مع ما لا يقل عن 5 مل من الماء و 3 مل من 2-بروبانول لإزالة التوتر السطحي المتبقية وغيرها من الشوائب.
    4. مسح وحفظ صور متعددة عبر العينة مع فؤاد في وضع التنصت. لnanosheets صغير استخدام قرار 512 خط لكل صورة وصورة الأحجام من الحد الأقصى 2 × 2 ميكرون 2. للعينات التي تحتوي على nanosheets أكبر، وزيادة مجال الرؤية إلى ما يصل إلى 8 × 8 ميكرون 2. استخدام معدلات المسح حسب الاقتضاء (عادة 0.4-0.7 هرتز). بدلا من ذلك، مسح مناطق أكبر في دقة أعلى.
    5. قياس سمك باستخدام Gwyddion البرمجيات
      1. فتح البرنامج واختيار الصورة AFM ذات الصلة عن طريق "ملف" و "فتح". سيتم فتح الصورة في نافذة جديدة.
      2. تصحيح الخلفية باستخدام "البيانات على مستوى من متوسط ​​طائرة سوbtraction "" محاذاة الصفوف "و" ندوب الأفقية الصحيحة "في قسم" عملية البيانات "من القائمة الرئيسية. تطبيق التصحيحات تغيير لون الصورة لأفضل النقيض من ذلك بالنقر بزر الماوس الأيمن على أسطورة وتعيين Z-الطائرة إلى الصفر.
      3. تكبير منطقة الاختيار (في حالة مريحة). انقر على أداة "المحصول" في القائمة الرئيسية. اسحب المؤشر فوق الصورة للاحتفال المنطقة في الاختيار. اضغط على "تطبيق". التحقق من "إنشاء قناة جديدة" لفتح المنطقة المحددة في نافذة جديدة.
      4. اختر "استخراج ملامح" من القائمة أدوات. يفتح نافذة جديدة.
      5. رسم خط عبر nanosheet. أكتب سمك في جدول. في حالة nanosheets غير متجانس سميكة، ومتوسط ​​سمك عبر nanosheet. العناية القصوى لقياس nanosheets فقط أودعت بشكل فردي وغير مجمعة.
      6. كرر 3.2.5.3-3.2.5.5 لجميع nanosheets على الصورة.
      7. كرر 3.2.5.1-3.2.5.6 عن كل صورةق المسجلة. عد الحد الأدنى 150 nanosheets.
  3. تحويل AFM سمك لعدد طبقة
    وعادة ما تكون المبالغة في تقدير على ما يبدو، مرتفعات AFM من المواد النانوية تقشر السائلة بسبب وجود المذيبات المتبقية: ملاحظة. وبالإضافة إلى ذلك، قياسات الارتفاع دقيقة لعينات غير متجانسة (مثل المواد النانوية المودعة على ركائز) باستخدام AFM تشكل تحديا عموما نتيجة للتبرعات من آثار مثل القوات الشعرية والتصاق التي تعتمد على المعلمات المادية والقياس. 19،20 وللتغلب على هذه المشاكل وتحويل واضح قياس سمك AFM إلى عدد من الطبقات، وضعت تقنية تسمى تحليل ارتفاع خطوة كما هو موضح في ما يلي. 12،13،16،21. خطوات 3.3.1-3.3.4 يمكن تخطي إذا هو معروف ارتفاع خطوة.
    1. مفتوحة وصحيحة واقتصاص صورة فؤاد كما هو موضح في 3.2 لاختيار nanosheet مع المدرجات ملموسة بشكل واضح.
    2. قياس الارتفاع في جميع أنحاءnanosheet باستخدام "انتزاع" أداة التعريف.
      ملاحظة: لمحات مناسبة تظهر الخطوات المنفصلة كما هو في الشكل 2B أقحم.
      1. تسجيل ذروة هذه الخطوات (أي فرق الارتفاع من شرفة إلى أخرى على nanosheet).
    3. عدد لا يقل عن 70 من هذه الخطوات.
    4. رسم ارتفاع خطوة في ترتيب تصاعدي (الشكل 2C).
      ملاحظة: لاحظ أن لTMDS ذروة خطوة على ما يبدو هو دائما من مضاعفات ~ 1.9 نانومتر.
    5. تقسيم سمك AFM واضح (قياس كما هو موضح في القسم 3.2) بنسبة 1.9 نانومتر للحصول على عدد طبقة.
      ملاحظة: مواد أخرى لديها عوامل التحويل ارتفاع خطوة أخرى تتطلب معايرة مختلفة.

4. تحديد MOS 2 و WS 2 الحجم والسماكة وبناء على الانقراض الأطياف

  1. اكتساب أطياف
    1. تمييع عينات تركيز عالية مع respectiلقد المتوسطة (هنا المائية كوليت الصوديوم، 2 ز L -1) لانتاج انقراض أقل من 2 في النطاق الطيفي بأكمله.
    2. تعيين الزيادات لاقتناء الطيفي إلى 0.5 نانومتر في إعدادات أداة أو استخدام سرعة المسح الضوئي بطيئة أو متوسطة.
    3. اختر الإعدادات "خط الأساس طرح" في إعدادات الجهاز. ضع كفيت يحتوي على حل كوليت الصوديوم المائي في حجرة عينة من مطياف وتشغيل القياس.
    4. إزالة كفيت مع الحل كوليت الصوديوم من مطياف وتفريغها. شغل في العينة، ضع عينة في المقصورة عينة من مطياف وتشغيل تفحص العينة.
  2. تقرير طول من نسب كثافة
    1. الخيار 1: قراءة قبالة كثافة في A-الأكسيتون، تحويلة ألف (~ 660 نانومتر لموس 2 و 620 نانومتر للWS 2) والحد الأدنى والحد الأدنى تحويلة المحلي (345 نانومتر لموس 2 و 295 نانومتر للWS 2). انقسامالشدة عند A-الأكسيتون من شدة في الحد الأدنى المحلي للحصول على نسبة كثافة تحويلة A / تحويلة دقيقة.
    2. تحديد طول nanosheet نفسه، باستخدام المعادلة 1.
      figure-protocol-1 (المعادلة 1)
      حيث تحويلة A / تحويلة دقيقة هي نسبة كثافة الانقراض في A-الأكسيتون (تحويلة أ) والحد الأدنى المحلي (تحويلة دقيقة).
      ملاحظة: المعادلة يحمل على حد سواء موس 2 و WS 2. ومع ذلك، يقتصر دقتها خصوصا لnanosheets صغير.
    3. الخيار 2: تحديد نسبة كثافة أقصى المحلي في منطقة الأشعة فوق البنفسجية من الطيف، تحويلة ماكس سعادة (270 نانومتر لموس 2 و 235 نانومتر للWS 2) والحد الأدنى المحلي، دقيقة تحويلة (345 نانومتر لموس 2 و 295 نانومتر لWS 2)
    4. تحديد طول nanosheet نفسه، باستخدام المعادلة 2.
      المعادلة 2 (المعادلة 2)
      مع تحويلة ماكس-HE تدل على كثافة في أقصى المحلي في الطاقة العالية (270 نانومتر لموس 2 و 235 نانومتر للWS 2) وتحويلة دقيقة كثافة الانقراض في الحد الأدنى المحلية (345 نانومتر لموس 2 و 295 نانومتر للWS 2 ).
      ملاحظة: الخيار 2 يعطي مقياس أكثر دقة من حجم الجانبي. ومع ذلك، قد لا تكون المنطقة ذات الطاقة العالية يمكن الوصول إليها في جميع المذيبات / السطحي.
  3. تركيز
    1. تسجيل كثافة الانقراض نسبة إلى 1 سم طول المسار في 345 نانومتر لموس 2 و 235 نانومتر للWS 2، على التوالي.
      ملاحظة: تقسيم انقراض قياس سجلتها طول المسار من كفيت.
    2. تقسيم هذه الكثافة من قبل معامل الانقراض من 68 إل جي -1 سم -1 في 345 نانومتر لموس 2 و 47 جي -1 سم -1 في 235 نانومتر لWS 2 للحصول على نانوتركيز هيت في GL -1.
  4. تقرير سمك من A-الأكسيتون موقف
    1. حساب المشتقة الثانية من الطيف.
      1. باستخدام تحليل البيانات والرسوم البيانية البرمجيات (على سبيل المثال، OriginPro)، حدد العمود الذي يحتوي على كثافة الانقراض. انقر فوق علامة التبويب "تحليل"، حدد "الرياضيات" من القائمة المنسدلة و "التفريق"، "حوار مفتوح". سيتم فتح نافذة جديدة. تعيين ترتيب المشتقات إلى 2، ثم اضغط موافق.
    2. تمهيد المشتق الثاني عن طريق حساب متوسط ​​المجاورة (~ 10-20 نقطة لكل نافذة في A-الأكسيتون المنطقة).
      1. على سبيل المثال، وذلك باستخدام تحليل البيانات والرسوم البيانية البرمجيات، ورسم الطيف مشتق الثاني.
        1. مع نافذة الرسم نشطة، اضغط على "تحليل" واختيار "معالجة الإشارات"، ثم "تمهيد" ثم "حوار مفتوح" من القائمة المنسدلة. سيتم فتح نافذة جديدة.
        2. اختار4؛ حيث بلغ متوسطها المجاورة "كما تمهيد الطريقة وتعيين نقاط إلى 20.
        3. رسم الطيف ممهدة الناتجة والتي يتم عرضها كأعمدة جديدة. إذا كان الضجيج لا يزال مرتفعا، كرر تجانس.
          ملاحظة: عادة، مطلوب تجانس الطيفي للحد من الضوضاء إلا إذا استخدمت مرات التكامل عالية أثناء القياس. تجانس المناسب هو جزء هام من تحليل البيانات وطريقة تنعيم المناسب يعتمد على النتيجة المرجوة. هذه الطريقة تمهيد معين مثالية فقط لتحديد ذروة الموقف نفسه. 13
    3. قراءة قبالة ذروة الموقف من المشتق الثاني. هذا هو الطول الموجي للA-الأكسيتون، λ A. بدلا من ذلك، تنفيذ الخطوات الموضحة في 4.4.4-4.4.7.
    4. تحويل محور س من الطول الموجي للطاقة باستخدام العلاقة:
      E (فولت) = 4.135E 6 * 2.997E8 / λ (س.خ)
    5. تناسب المشتقة الثانية للمشتقات الثانية لورنتزإيان.
      ملاحظة: Lorentzian يمكن أن يكتب
      figure-protocol-3 (المعادلة 3)
      حيث h هو ارتفاع، E '0 هو مركز وث هو FWHM. التفريق مرتين فيما يتعلق يعطي E
      figure-protocol-4 (المعادلة 4)
      1. في تحليل البيانات والرسوم البيانية البرمجيات، اختر "أدوات" من القائمة الرئيسية واختر "باني وظيفة المناسب". سيتم فتح نافذة جديدة.
      2. اختر "إنشاء وظيفة جديدة"، انقر فوق التالي.
      3. ترك الإعدادات الافتراضية، وإعطاء وظيفة اسم وانقر فوق التالي.
      4. ضبط "ح، ه، ث" كمعلمات، انقر فوق التالي.
      5. أدخل "(-8 * ح / ث ^ 2) * (3/1 * (2 * (خر) / ث) ^ 2) / (1+ (2 * (خر) / ث) ^ 2) ^ 3" الجسم وظيفة، انقر فوق إنهاء.
      6. مؤامرة فقط-A الأكسيتون المنطقة من الطيف المشتقة الثانية على مقياس الطاقة.
      7. مع الالرسومات الإطار النشط، انقر فوق علامة التبويب "تحليل". اختيار "المناسب"، "منحنى غير الخطية صالح"، "حوار مفتوح" من القائمة المنسدلة. سيتم فتح نافذة جديدة.
      8. حدد "يحددها المستخدم" في فئة واختيار وظيفة بنيت سابقا في خانة وظيفة. في "المعلمات" علامة التبويب تعيين القيم الأولية لث إلى 0.1، وE إلى 1.99 لWS 2 و 1.85 لموس 2. ضغط مناسب"
    6. تسجيل الطاقة E '0، وهي الطاقة المرتبطة A-الأكسيتون، E' A.
    7. تحديد عدد طبقات وفقا لمعادلات 5 (موس 2) و 6 (WS 2).
      figure-protocol-5 (المعادلة 5، MOS 2)
      figure-protocol-6 (المعادلة 6، WS 2)
      مع λ وتدل على الطول الموجي للA-excitoن و E وتدل على الطاقة من A-الأكسيتون.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

السائل سلسلة الطرد المركزي (الشكل 1) هي تقنية قوية لفرز nanosheets-تقشر السائل حسب حجم وسماكة كما هو موضح في الشكل رقم 2 لكلا موس 2 و WS 2. Nanosheet أحجام الجانبية وسمك يمكن وصفها من قبل تيم الإحصائي وAFM، على التوالي. ويظهر صورة فؤاد نموذجية في الشكل 2A. يتم تحويل سمك nanosheet واضح لطبقة الرقم باستخدام تحليل ارتفاع خطوة (الشكل 2B و C). إحصا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

إعداد عينة

ويتم إنتاج عينات الموصوفة هنا صوتنة طرف. إجراءات تقشير بديلة يمكن استخدامها، ولكن سوف تؤدي إلى تركيزات مختلفة، والأحجام الجانبية ودرجات تقشير. وينبغي تجنب سعة أعلى وأطول على البقول خلال صوتنة لمنع ضررا من sonicator. وتم الحصول على نتائج مماثلة باستخدام 500 المعالجات دبليو. ومع ذلك، والوقت صوتنة والسعة له تأثير على تقشير nanosheet والاختلافات من هذا البروتوكول قد يؤدي في أحجام مختلفة nanosheet وتركيزات من ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

تلقى البحث الذي أدى إلى هذه النتائج تمويلا من البرنامج الإطاري السابع للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية المنحة رقم 604391 Graphene Flagship . يعترف CB بمؤسسة الأبحاث الألمانية ، DFG ، بموجب منحة BA 4856 / 2-1.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
هيدرات كولات الصوديوم ، من الثور و / أو الصفراء الغنميةSigma AldrichC1254-100Gالفاعل بالسطح يستخدم كمثبت في شكل محلول مائي (أي < / em> ، بعد إذابة المسحوق في ماء مليبور)
MoS2< / sub> مسحوقSigma Aldrich69860-100Gموزعون آخرون متاحون ، ولكن يمكن أن يختلف
التقشير ونتيجة اختيار الحجمWS2< / sub> ، مسحوق 2 &# 956 ؛ mSigma Aldrich243639-50Gموزعون آخرون متاحون ، ولكن يمكن أن يختلف التقشير ونتيجة اختيار الحجم
ImageJSoftware Developer: National Insitutes of Health64 بت Java الإصدار 2.45 1.6.0_24برنامج معالجة الصور المستخدم لتحليل TEM, تحميل مجاني
Gwyddion مطور البرمجيات: المعهد التشيكي للقياس64 بت Java الإصدار 2.45برنامج معالجة الصور المستخدم لتحليل AFM, تحميل مجاني
برنامج Origin ProOriginLab Version2016برنامج يستخدم لتحليل البيانات مثل الاختلاف وتركيب أطياف الانقراض
الطرد المركزيHettichLabMikro 220Rأي جهاز طرد مركزي آخر على الطاولة مناسب
الدوار 1HettichRotor 1016للطرد المركزي < 5,000 × جم
دوار 2HettichRotor 1195-Aللطرد المركزي >5,000 × جم

المراجع

  1. Zhang, H. Ultrathin Two-Dimensional Nanomaterials. ACS Nano. 9, 9451-9469 (2015).
  2. Yi, M., Shen, Z. A review on mechanical exfoliation for the scalable production of graphene. J. Mat. Chem. A. 3, 11700-11715 (2015).
  3. Jariwala, D., Sangwan, V. K., Lauhon, L. J., Marks, T. J., Hersam, M. C. Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides. ACS Nano. 8, 1102-1120 (2014).
  4. Nicolosi, V., Chhowalla, M., Kanatzidis, M. G., Strano, M. S., Coleman, J. N. Liquid Exfoliation of Layered Materials. Science. 340, 1420(2013).
  5. Butler, S. Z., et al. Progress, Challenges, and Opportunities in Two-Dimensional Materials Beyond Graphene. ACS Nano. 7, 2898-2926 (2013).
  6. Bonaccorso, F., Bartolotta, A., Coleman, J. N., Backes, C. Two-dimensional crystals-based functional inks. Adv. Mater. , accepted (2016).
  7. Torrisi, F., Coleman, J. N. Electrifying inks with 2D materials. Nat. Nanotechnol. 9, 738-739 (2014).
  8. Coleman, J. N., et al. Two-Dimensional Nanosheets Produced by Liquid Exfoliation of Layered Materials. Science. 331, 568-571 (2011).
  9. Smith, R. J., et al. Large-Scale Exfoliation of Inorganic Layered Compounds in Aqueous Surfactant Solutions. Adv. Mater. 23, 3944-3948 (2011).
  10. Khan, U., O'Neill, A., Porwal, H., May, P., Nawaz, K., Coleman, J. N. Size selection of dispersed, exfoliated graphene flakes by controlled centrifugation. Carbon. 50, 470-475 (2012).
  11. Kang, J., Seo, J. -W. T., Alducin, D., Ponce, A., Yacaman, M. J., Hersam, M. C. Thickness sorting of two-dimensional transition metal dichalcogenides via copolymer-assisted density gradient ultracentrifugation. Nat. Commun. 5, 5478(2014).
  12. Backes, C., et al. Edge and Confinement Effects Allow in situ Measurement of Size and Thickness of Liquid-Exfoliated Nanosheets. Nat. Commun. 5, 4576(2014).
  13. Backes, C., et al. Production of Highly Monolayer Enriched Dispersions of Liquid-Exfoliated Nanosheets by Liquid Cascade Centrifugation. ACS Nano. 10, 1589-1601 (2016).
  14. Green, A. A., Hersam, M. C. Solution Phase Production of Graphene with Controlled Thickness via Density Differentiation. Nano Lett. 9, 4031-4036 (2009).
  15. Harvey, A., et al. Preparation of Gallium Sulfide Nanosheets by Liquid Exfoliation and Their Application As Hydrogen Evolution Catalysts. Chem. Mater. 27, 3483-3493 (2015).
  16. Hanlon, D., et al. Liquid Exfoliation of Solvent-Stabilised Few-Layer Black Phosphorus for Applications Beyond Electronics. Nat. Commun. 6, 8563(2015).
  17. Backes, C., et al. Spectroscopic metrics allow in-situ measurement of mean size and thickness of liquid-exfoliated few-layered graphene nanosheets. Nanoscale. 8, 4311-4323 (2016).
  18. Rodenburg, J. Tutorial Courses on Transmission Electron Microscopy. , Available from: http://www.rodenburg.org/ (2016).
  19. Ridings, C., Warr, G. G., Andersson, G. G. Composition of the outermost layer and concentration depth profiles of ammonium nitrate ionic liquid surfaces. Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 16088-16095 (2012).
  20. Nemes-Incze, P., Osváth, Z., Kamarás, K., Biró, L. P. Anomalies in thickness measurements of graphene and few layer graphite crystals by tapping mode atomic force microscopy. Carbon. 46, 1435-1442 (2008).
  21. Paton, K. R., et al. Scalable production of large quantities of defect-free few-layer graphene by shear exfoliation in liquids. Nat. Mater. 13, 624-630 (2014).
  22. Novoselov, K. S., et al. Two-dimensional atomic crystals. Proc. Nat. Ac. Sci. U. S. 102, 10451-10453 (2005).
  23. Kouroupis-Agalou, K., et al. Nanoscale. 6, 5926-5933 (2014).
  24. Hanlon, D., et al. Production of Molybdenum Trioxide Nanosheets by Liquid Exfoliation and Their Application in High-Performance Supercapacitors. Chem. Mater. 26, 1751-1763 (2014).
  25. Yadgarov, L., et al. Dependence of the Absorption and Optical Surface Plasmon Scattering of MoS2 Nanoparticles on Aspect Ratio, Size, and Media. ACS Nano. 8, 3575-3583 (2014).
  26. Wilson, J. A., Yoffe, A. D. Transition metal dichalcogenides. Discussion and interpretation of the observed optical, electrical, and structural properties. Adv. Phys. 18, 193-335 (1969).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

إعداد تقشر السائل الانتقال المعادن Dichalcogenide Nanosheets مع تسيطر الحجم والسماكة: دولة على البروتوكول الفن
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.