Esfoliação e análise da grande-área, bidimensionais materiais sensíveis ao ar

Este protocolo demonstra métodos para esfoliar grandes flocos finos de materiais bidimensionais sensíveis ao ar. E transportá-los com segurança para análise fora de um porta-luvas. Trabalhando dentro de um porta-luvas, prepare um comprimento de fita que tem cerca de cinco a 10 centímetros de comprimento, e pelo menos dois centímetros de largura.

Coloque-o lado pegajoso na área de trabalho. Dobre as extremidades para facilitar a manuseio. Usando pinças, deposite o material desejado cerca de 1/4 do caminho pelo comprimento da fita.

Pressionando-o repetidamente na fita. Distribua ainda mais o material dobrando a fita ao meio, enfiando-a a si mesma e separando-a. De modo que o material cubra uma área de pelo menos um centímetro quadrado.

Comece com um substrato cortado em chips quadrados com menos de um centímetro de cada lado. Usando a fita preparada, pressione firmemente o material depositado no substrato. Aplique pressão firme com o polegar ou pressione suavemente com pinças.

Então o material entra em contato com o chip o máximo possível. Coloque a fita e o substrato com o lado do substrato para baixo em uma placa quente a 120 graus Celsius por dois minutos. Deixe o substrato esfriar.

Em seguida, remova-o cuidadosamente da fita. A esfoliação quente deixará mais resíduo de fita do que esfoliação de temperatura ambiente. Mas a maior parte do resíduo pode ser removido de molho em acetona por 20 minutos.

Seguido por 30 segundos em álcool isopropílico. A célula de transferência é feita de uma tampa metálica e base. Tem 30 milímetros de largura, e quando fechado tem apenas 17,6 milímetros de altura.

A base tem uma plataforma de amostra levantada que se enfia na tampa. Este sulco cortado nos fios é uma ventilação que impede que a janela da célula quebre quando a tampa está aparafusada. Nota, onde a tampa encontra a base há uma entrada para um O-Ring.

E a tampa está embutida para acomodar uma fina janela de vidro de cobertura. Uma vedação apertada de ar é feita por um Viton O-Ring sentado na base da célula. Aplique uma pequena quantidade de graxa de vácuo em todos os lados do O-Ring.

E colocá-lo no lugar. Antes de fixar a janela na tampa da célula, limpe a tampa em acetona e álcool isopropílico para remover qualquer óleo ou detrito deixado pelo processo de usinagem. A janela agora pode ser anexada à tampa da célula usando epóxi.

Misture bem o epóxi de acordo com as especificações do fabricante. Neste caso, as partes A e B são combinadas em uma proporção de um a 1,8 por peso. Aplique uma pequena quantidade de epóxi na área rebaixada na tampa, e espalhe-a o mais uniformemente possível.

Solte cuidadosamente a janela de vidro no recreio e pressione-a suavemente no epóxi. Certifique-se de que a janela está nivelada com a parte superior da tampa, e que não há bolhas no epóxi. Por último, limpe qualquer epóxi extra, de modo que nada se saliente da superfície da tampa.

Deixe que o epóxi cure para o tempo prescrito pelo fabricante à temperatura ambiente. Usando o método desejado, afixe uma amostra preparada na base celular. Antes de fechar a célula, a pressão no porta-luvas precisa ser inferior a três milibar por cima da pressão ambiente.

Caso contrário, o vidro quebrará quando for removido do porta-luvas. Enrosque firmemente a tampa na base até que a tampa e a base se encontrem. Verifique se a amostra está logo abaixo da janela.

A amostra agora pode ser removida com segurança do porta-luvas para análise. Para fixar uma janela quebrada, coloque óculos de segurança e luvas de nitrito e remova qualquer vidro quebrado que não esteja firmemente afixado no epóxi. Quebre o vidro que resta, para que o epóxi abaixo seja exposto.

Trabalhando em um capô de fumaça, mergulhe a tampa em uma mistura de 50/50 de acetona e tricloroetileno por uma a duas horas. Até que o epóxi amoleça e comece a se separar da tampa. Retire a tampa da acetona, mistura de tricloroetileno e enxágue com álcool isopropílico.

Retire qualquer epóxi solto e raspe o epóxi restante da superfície com uma lâmina de barbear. Tome cuidado para não danificar a superfície da tampa. Repita a etapa anterior, se necessário.

Esfregue a área embutida com acetona até que a superfície esteja limpa de qualquer resíduo epóxi. A janela da célula agora pode ser substituída seguindo as etapas acima mencionadas. A célula pode ser colocada sob um microscópio para identificar flocos.

Ao se concentrar, tome cuidado para não bater o objetivo na janela, começando acima do ponto focal e movendo o palco para baixo. O material esfoliado pode ser claramente visto em cinco, 20 e 50 vezes a ampliação. Permitindo fácil identificação de flocos finos.

Em ampliações mais altas, a aberração esférica causada pela janela degrada significativamente a qualidade da imagem. Usando nossa célula de transferência, também é possível realizar diferentes tipos de medições ópticas de materiais bidimensionais sensíveis ao ar. Como exemplo final, determinamos a orientação cristalina de uma amostra de fósforo preto usando a Espectroscopia Raman Resolvida de Polarização.

Para polarização resolvida Raman Spectroscopy alinhar um ponto laser a um floco de interesse. Neste caso, usamos 633 comprimentos de onda de nanômetros, e 50 microwatts de potência. E uma lente objetiva de ampliação 100 vezes.

Para fósforo preto, é necessária baixa potência laser para evitar danos ao floco. Raman Spectra são registrados em função do ângulo de polarização. Que é variado usando uma placa de meia onda.

O objetivo da esfoliação quente é produzir muitos flocos grandes. Aumentando assim a probabilidade de encontrar flocos muito finos. Para comparação, os painéis A e B apresentam esfoliações típicas de fósforo preto à temperatura ambiente e a 120 graus Celsius.

É imediatamente claro que a cobertura do floco no painel B é muitas vezes a do painel A.Panel C mostra a área total de material esfoliado em seis chips de silício de um centímetro quadrados diferentes, tanto para temperatura ambiente quanto esfoliação quente. A esfoliação quente resulta em seis a dez vezes a quantidade de material que está sendo depositado no chip. Usando nossa célula de transferência, a vida útil de materiais bidimensionais sensíveis ao ar pode ser muito estendida.

Amostras que se degradariam em poucos minutos no ar podem durar várias horas. Por exemplo, os painéis A a C demonstram que o triiodeto de cromo armazenado fora do porta-luvas na célula de transferência, não começa a mostrar sinais visíveis de degradação por até 15 horas. O painel D demonstra que este material extremamente sensível ao ar hidrata em segundos, quando exposto à atmosfera ambiente.

Finalmente, usamos a Espectroscopia raman para determinar a orientação cristalina de um floco de fósforo preto preservado dentro de uma célula de transferência. Com o ponto laser alinhado ao espesso floco de fósforo preto no centro do painel A, Raman Spectra são medidos em função da polarização do laser de zero a 360 graus. Como mostrado no painel B.Três picos típicos de fósforo preto são observados em aproximadamente 361, 438 e 466 números de ondas.

Vemos que as intensidades máximas modulam fortemente com ângulo de polarização. O painel C mostra a intensidade integrada do pico A2G versus o ângulo de polarização. O que mostra máxima de 26,5 graus.

Como este modo corresponde a vibrações no plano ao longo da borda da poltrona de fósforo preto, é mais intenso para polarização paralela à direção da poltrona. Concluímos que a direção da poltrona deste floco é orientada a 26,5 graus em relação à imagem no painel A.As em comparação com a esfoliação da temperatura ambiente, a esfoliação quente produz maiores quantidades de grandes flocos. Preservando a atmosfera inerte de um porta-luvas, nossa célula de transferência hermética permite isolar, e caracterizar opticamente finos flocos de materiais bidimensionais sensíveis ao ar, sem exigir equipamento analítico para ser alojado dentro do porta-luvas.