Esfoliazione e analisi di grande-area, materiali bidimensionale aria-sensibile

Questo protocollo dimostra metodi per esfoliare grandi fiocchi sottili di materiali bidimensionali sensibili all'aria. E trasportarli in sicurezza per l'analisi al di fuori di un portaoggetti. Lavorando all'interno di un portaoggetti, preparare una lunghezza del nastro lunga circa cinque-10 centimetri e larga almeno due centimetri.

Posizionarlo sul lato appiccicoso sull'area di lavoro. Piegare le estremità per facilitarne la gestione. Utilizzando le pinzette, depositare il materiale desiderato circa 1/4 della strada lungo la lunghezza del nastro.

Premendolo ripetutamente sul nastro. Distribuire ulteriormente il materiale piegando il nastro a metà, attaccandolo a se stesso e separandolo. In modo che il materiale copra un'area di almeno un centimetro quadrato.

Iniziare con un substrato tagliato a trucioli quadrati meno di un centimetro su un lato. Utilizzando il nastro preparato, premere saldamente il materiale depositato sul substrato. Applicare una pressione ferma con il pollice o premere delicatamente con una pinzetta.

Quindi il materiale contatta il chip il più possibile. Posizionare il nastro e il substrato con il lato del substrato verso il basso su una piastra calda a 120 gradi Celsius per due minuti. Lasciare raffreddare il substrato.

Quindi rimuoverlo con cura dal nastro. L'esfoliazione a caldo lascerà più residui di nastro rispetto all'esfoliazione a temperatura ambiente. Ma la maggior parte del residuo può essere rimossa immergendosi nell'acetone per 20 minuti.

Seguito da 30 secondi in alcol isopropile. La cella di trasferimento è composta da un cappuccio e una base metallici. È largo 30 millimetri e quando è chiuso è alto solo 17,6 millimetri.

La base ha una piattaforma di esempio rialzata che si infila nel cappuccio. Questa scanalatura tagliata nei filetti è uno sfiato che impedisce alla finestra della cella di rompersi quando il cappuccio viene avvitato. Nota, dove il cappuccio incontra la base c'è un inserto per un O-Ring.

E il cappuccio è incassato per ospitare una sottile finestra di vetro di copertura. Una tenuta ermetica è realizzata da un Viton O-Ring seduto alla base della cella. Applicare una piccola quantità di grasso sottovuoto su tutti i lati dell'O-Ring.

E lasciarlo cadere in posizione. Prima di fissare la finestra al cappuccio della cella, pulire il cappuccio in acetone e alcol isopropile per rimuovere l'olio o i detriti lasciati dal processo di lavorazione. La finestra può ora essere attaccata al cappuccio della cella usando epossidico.

Mescolare accuratamente l'epossidico in base alle specifiche del produttore. In questo caso, le parti A e B sono combinate in un rapporto uno a 1,8 in peso. Applicare una piccola quantità di epossidica sull'area incassata sul cappuccio e stenderla nel modo più uniforme possibile.

Far cadere con cura la finestra di vetro nella rientranza e premerla delicatamente nell'epossidico. Assicurarsi che la finestra sia livellata con la parte superiore del cappuccio e che non ci siano bolle nell'epossidico. Infine, pulire qualsiasi epossidico extra, in modo che nulla spuri dalla superficie del cappuccio.

Lasciare che l'epossidico si curi per il tempo prescritto dal produttore a temperatura ambiente. Utilizzando il metodo desiderato, apporre un campione preparato sulla base cellulare. Prima di chiudere la cella, la pressione nel portaoggetti deve essere inferiore a tre millibar sopra la pressione ambientale.

Altrimenti, il vetro si romperà quando viene rimosso dal portaoggetti. Avvitare saldamente il cappuccio sulla base fino a quando il cappuccio e la base non si incontrano. Verificare che il campione si sieda appena sotto la finestra.

Il campione può ora essere rimosso in modo sicuro dal portaoggetti per l'analisi. Per fissare una finestra rotta, indossare occhiali di sicurezza e guanti di nitrile e rimuovere qualsiasi vetro rotto che non sia saldamente apposto sull'epossidico. Rompere ciò che rimane il vetro, in modo che l'epossidico sottostante sia esposto.

Lavorando in una cappa aspirante, immergere il tappo in una miscela 50/50 di acetone e tricloroetilene per una o due ore. Fino a quando l'epossidico si ammorbidisce e inizia a separarsi dal cappuccio. Rimuovere il cappuccio dall'acetone, dalla miscela di tricloroetilene e risciacquare con alcol isopropile.

Staccare qualsiasi epossidico sciolto e raschiare l'epossidico rimanente dalla superficie con una lama di rasoio. Fare attenzione a non danneggiare la superficie del cappuccio. Ripetere il passaggio precedente, se necessario.

Strofinare l'area incassata con acetone fino a quando la superficie non è pulita da eventuali residui epossidici. La finestra della cella può ora essere sostituita seguendo i passaggi sopra menzionati. La cellula può essere posta al microscopio per identificare i fiocchi.

Durante la messa a fuoco, fare attenzione a non schiantare l'obiettivo nella finestra iniziando sopra il punto focale e spostando lo stadio verso il basso. Il materiale esfoliato può essere visto chiaramente a cinque, 20 e 50 volte l'ingrandimento. Consentendo una facile identificazione dei fiocchi sottili.

Con ingrandimenti più elevati, l'aberrazione sferica causata dalla finestra degrada significativamente la qualità dell'immagine. Utilizzando la nostra cella di trasferimento, è anche possibile eseguire diversi tipi di misurazioni ottiche di materiali bidimensionali sensibili all'aria. Come ultimo esempio, determiniamo l'orientamento cristallino di un campione di fosforo nero utilizzando la spettroscopia Raman risolta a polarizzazione.

Per la spettroscopia Raman risolta di polarizzazione allineare un punto laser a un fiocco di interesse. In questo caso usiamo una lunghezza d'onda di 633 nanometri e una potenza di 50 microwatt. E un obiettivo obiettivo 100 volte superiore.

Per il fosforo nero, è necessaria una bassa potenza laser per prevenire danni al fiocco. Gli spettri di Raman sono registrati in funzione dell'angolo di polarizzazione. Che è vario usando una piastra a mezza onda.

L'obiettivo dell'esfoliazione a caldo è quello di produrre molti grandi fiocchi. Aumentando così la probabilità di trovare fiocchi molto sottili. Per confronto, i pannelli A e B mostrano le tipiche esfoliazioni di fosforo nero a temperatura ambiente e a 120 gradi Celsius.

È immediatamente chiaro che la copertura dei fiocchi nel pannello B è molte volte superiore a quella del pannello A.Panel C mostra la superficie totale del materiale esfoliato su sei diversi chip di silicio di un centimetro quadrato, sia per la temperatura ambiente che per l'esfoliazione a caldo. L'esfoliazione a caldo comporta da sei a dieci volte la quantità di materiale depositata sul chip. Utilizzando la nostra cella di trasferimento, la durata dei materiali bidimensionali sensibili all'aria può essere notevolmente estesa.

I campioni che si degradano in pochi minuti nell'aria possono durare diverse ore. Ad esempio, i pannelli da A a C dimostrano che il triioduro di cromo conservato all'esterno del portaoggetti nella cella di trasferimento, non inizia a mostrare segni visibili di degradazione per un massimo di 15 ore. Il pannello D dimostra che questo materiale estremamente sensibile all'aria si idrata in pochi secondi, quando esposto all'atmosfera ambiente.

Infine, abbiamo usato la spettroscopia Raman per determinare l'orientamento cristallino di un fiocco di fosforo nero conservato all'interno di una cella di trasferimento. Con la macchia laser allineata allo spesso fiocco di fosforo nero al centro del pannello A, gli spettri Raman vengono misurati in funzione della polarizzazione laser da zero a 360 gradi. Come mostrato nel pannello B.Tre picchi tipici del fosforo nero sono osservati a circa 361, 438 e 466 numeri d'onda.

Vediamo che le intensità di picco modulano fortemente con l'angolo di polarizzazione. Il pannello C mostra l'intensità integrata del picco A2G rispetto all'angolo di polarizzazione. Che mostra un massimo a 26,5 gradi.

Poiché questa modalità corrisponde alle vibrazioni in piano lungo il bordo della poltrona del fosforo nero, è più intensa per la polarizzazione parallela alla direzione della poltrona. Concludiamo pertanto che la direzione della poltrona di questo fiocco è orientata a 26,5 gradi rispetto all'immagine nel pannello A.As rispetto all'esfoliazione a temperatura ambiente, l'esfoliazione a caldo produce maggiori quantità di grandi fiocchi. Preservando l'atmosfera inerte di un portaoggetti, la nostra cella di trasferimento ermetica consente di isolare e caratterizzare otticamente sottili fiocchi di materiali bidimensionali sensibili all'aria, senza richiedere che le apparecchiature analitiche siano alloggiate all'interno del portaoggetti.