Złuszczanie i analiza wielkopowierzchniowych, wrażliwych na powietrze materiałów dwuwymiarowych

Protokół ten demonstruje metody złuszczania dużych, cienkich płatków wrażliwych na powietrze materiałów dwuwymiarowych. I bezpieczny transport ich do analizy poza schowkiem podręcznym. Pracując w komorze rękawicowej, przygotuj taśmę o długości około pięciu do 10 centymetrów i szerokości co najmniej dwóch centymetrów.

Umieść go lepką stroną do góry na obszarze roboczym. Złóż końce, aby ułatwić obsługę. Za pomocą pęsety umieść żądany materiał około 1/4 długości taśmy.

Poprzez wielokrotne dociskanie go do taśmy. Dalej rozprowadź materiał, składając taśmę na pół, przyklejając ją do siebie i rozsuwając. Tak, aby materiał zajmował powierzchnię co najmniej jednego centymetra kwadratowego.

Zacznij od podłoża pokrojonego w kwadratowe wióry o boku mniejszym niż jeden centymetr. Za pomocą przygotowanej taśmy mocno dociśnij osadzony materiał do podłoża. Mocno dociśnij kciukiem lub delikatnie dociśnij pęsetą.

Dzięki temu materiał styka się z wiórem tak bardzo, jak to możliwe. Umieść taśmę i podłoże stroną z substratem do dołu na płycie grzejnej w temperaturze 120 stopni Celsjusza na dwie minuty. Poczekaj, aż podłoże ostygnie.

Następnie ostrożnie usuń go z taśmy. Złuszczanie na gorąco pozostawia więcej resztek taśmy niż złuszczanie w temperaturze pokojowej. Ale większość pozostałości można usunąć, mocząc w acetonie przez 20 minut.

Następnie 30 sekund w alkoholu izopropylowym. Komórka transferowa wykonana jest z metalowej nasadki i podstawy. Ma 30 milimetrów szerokości, a po zamknięciu ma tylko 17,6 milimetra wysokości.

Podstawa ma podniesioną platformę próbki, która wkręca się w nasadkę. Ten rowek wycięty w gwintach to otwór wentylacyjny, który zapobiega pękaniu okna komórki podczas przykręcania nasadki. Uwaga, w miejscu, w którym nasadka styka się z podstawą, znajduje się wypustka na O-Ring.

A nasadka jest zagłębiona, aby pomieścić cienkie szklane okienko nakrywkowe. Hermetyczne uszczelnienie jest wykonane przez O-ring z Vitonu osadzony w podstawie ogniwa. Nałóż niewielką ilość smaru próżniowego na wszystkie strony O-ringu.

I upuść go na miejsce. Przed przymocowaniem okienka do nasadki ogniwa wyczyść nasadkę acetonem i alkoholem izopropylowym, aby usunąć olej lub zanieczyszczenia pozostawione w procesie obróbki. Okienko można teraz przymocować do nasadki ogniwa za pomocą żywicy epoksydowej.

Dokładnie wymieszaj żywicę epoksydową zgodnie ze specyfikacją producenta. W takim przypadku części A i B są łączone wagowo w stosunku od jednego do 1,8. Nałóż niewielką ilość żywicy epoksydowej na wgłębienie na nasadce i rozprowadź ją tak równomiernie, jak to możliwe.

Ostrożnie wrzuć szklane okno do wnęki i delikatnie wciśnij je w żywicę epoksydową. Upewnij się, że okienko jest wypoziomowane z górną częścią nasadki i że w żywicy epoksydowej nie ma pęcherzyków. Na koniec wytrzyj dodatkową żywicę epoksydową, aby nic nie wystawało z powierzchni nasadki.

Pozostaw żywicę epoksydową do utwardzenia przez czas zalecany przez producenta w temperaturze pokojowej. Stosując żądaną metodę, przymocuj przygotowaną próbkę do podstawy komórki. Przed zamknięciem komory ciśnienie w komorze rękawicowej musi być mniejsze niż trzy milibary powyżej ciśnienia otoczenia.

W przeciwnym razie szkło pęknie po wyjęciu ze schowka. Mocno przykręć nakrętkę do podstawy, aż nasadka i podstawa się zetkną. Sprawdź, czy próbka znajduje się tuż pod oknem.

Próbkę można teraz bezpiecznie wyjąć ze schowka rękawicowego w celu analizy. Aby naprawić pęknięte okno, załóż okulary ochronne i rękawice nitrylowe i usuń potłuczone szkło, które nie jest mocno przymocowane do żywicy epoksydowej. Rozbij to, co pozostało ze szkła, aby żywica epoksydowa pod spodem była odsłonięta.

Pracując pod wyciągiem, namocz nakrętkę w mieszaninie acetonu i trichloroetylenu w proporcji 50/50 na jedną do dwóch godzin. Aż żywica epoksydowa zmięknie i zacznie oddzielać się od nasadki. Zdejmij nakrętkę z mieszaniny acetonu, trichloroetylenu i spłucz alkoholem izopropylowym.

Oderwij luźną żywicę epoksydową i zeskrob pozostałą żywicę epoksydową z powierzchni żyletką. Uważaj, aby nie uszkodzić powierzchni nasadki. W razie potrzeby powtórz poprzedni krok.

Wyszoruj wgłębienie acetonem, aż powierzchnia zostanie oczyszczona z wszelkich pozostałości żywicy epoksydowej. Okno komórki można teraz zastąpić, wykonując powyższe kroki. Komórkę można umieścić pod mikroskopem w celu identyfikacji płatków.

Podczas ustawiania ostrości należy uważać, aby nie uderzyć obiektywem o okno, zaczynając od punktu ostrości i przesuwając stolik w dół. Złuszczony materiał jest wyraźnie widoczny przy pięcio-, 20- i 50-krotnym powiększeniu. Pozwala to na łatwą identyfikację cienkich płatków.

Przy większych powiększeniach aberracja sferyczna spowodowana przez okno znacznie pogarsza jakość obrazu. Za pomocą naszej celi transferowej możliwe jest również wykonywanie różnego rodzaju pomiarów optycznych wrażliwych na powietrze materiałów dwuwymiarowych. Jako ostatni przykład określamy orientację kryształów próbki czarnego fosforu za pomocą spektroskopii ramanowskiej z rozdzielczością polaryzacyjną

W przypadku spektroskopii Ramana z rozdzielczością polaryzacji wyrównaj plamkę lasera z płatkiem zainteresowania. W tym przypadku używamy długości fali 633 nanometrów i mocy 50 mikrowatów. I soczewka obiektywowa o 100-krotnym powiększeniu.

W przypadku czarnego fosforu wymagana jest niska moc lasera, aby zapobiec uszkodzeniu płatka. Widma Ramana są rejestrowane w funkcji kąta polaryzacji. Który jest zmieniany za pomocą płytki półfalowej.

Celem złuszczania na gorąco jest wytworzenie wielu dużych płatków. Zwiększa to prawdopodobieństwo znalezienia bardzo cienkich płatków. Dla porównania, panele A i B pokazują typowe złuszczanie czarnego fosforu w temperaturze pokojowej i przy 120 stopniach Celsjusza.

Od razu widać, że pokrycie płatkami w panelu B jest wielokrotnie większe niż w panelu A.Panel C pokazuje całkowitą powierzchnię złuszczonego materiału na sześciu różnych jednocentymetrowych wiórach krzemowych, zarówno dla temperatury pokojowej, jak i złuszczania na gorąco. Złuszczanie na gorąco powoduje od sześciu do dziesięciu razy więcej materiału osadzającego się na chipie. Dzięki naszej celi transferowej można znacznie wydłużyć żywotność wrażliwych na powietrze materiałów dwuwymiarowych.

Próbki, które uległyby degradacji w powietrzu w ciągu kilku minut, mogą przetrwać kilka godzin. Na przykład panele od A do C pokazują, że trijodek chromu przechowywany na zewnątrz komory rękawicowej w komorze transferowej nie zaczyna wykazywać widocznych oznak degradacji przez okres do 15 godzin. Panel D pokazuje, że ten niezwykle wrażliwy na powietrze materiał nawadnia się w ciągu kilku sekund pod wpływem atmosfery otoczenia.

Na koniec użyliśmy spektroskopii Ramanowskiej, aby określić orientację kryształów płatka czarnego fosforu zachowanego wewnątrz komórki transferowej. Gdy plamka lasera jest wyrównana z grubym czarnym płatkiem fosforu w środku panelu A, widma Ramana są mierzone w funkcji polaryzacji lasera od zera do 360 stopni. Jak pokazano na panelu B. Trzy piki typowe dla czarnego fosforu są obserwowane przy około 361, 438 i 466 liczbie fal

Widzimy, że szczytowe intensywności silnie modulują się wraz z kątem polaryzacji. Panel C pokazuje zintegrowaną intensywność piku A2G w funkcji kąta polaryzacji. Co pokazuje maksimum przy 26,5 stopnia.

Ponieważ ten tryb odpowiada drganiom w płaszczyźnie wzdłuż krawędzi fotela czarnego fosforu, jest on najbardziej intensywny w przypadku polaryzacji równoległej do kierunku fotela. Z tego powodu wnioskujemy, że kierunek tego płatka w fotelu jest zorientowany pod kątem 26,5 stopnia w stosunku do obrazu w A.As panelu, w porównaniu z złuszczaniem w temperaturze pokojowej, złuszczanie na gorąco wytwarza większe ilości dużych płatków. Zachowując obojętną atmosferę komory rękawicowej, nasza hermetyczna komórka transferowa umożliwia izolację i optyczne scharakteryzowanie cienkich płatków wrażliwych na powietrze materiałów dwuwymiarowych, bez konieczności umieszczania sprzętu analitycznego wewnątrz komory rękawicowej.