Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Получение жидкостным слущенных переходных металлов дихалькогенидных нанолистов с контролируемыми размера и толщины: Государство Протокола Арт

13.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/54806

⸱

20 декабря 2016 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Протокол для жидкого пилинга слоистых материалов к нанолистов, их выбор размера и измерение размера с помощью микроскопических и спектроскопических методов представлена.

Аннотация

Мы подводим итог последним достижениям в производстве нанолистов дихалькогенида переходных металлов (TMD) с контролируемым размером и толщиной. Слоистые кристаллы дисульфида молибдена (MoS2) и дисульфида вольфрама (WS2) отслаиваются в водном растворе поверхностно-активного вещества методом ультразвуковой обработки. В результате получаются высокополидисперсные смеси, содержащие нанолисты с широким распределением размеров и толщины. Однако для большинства целей требуются определенные размеры (как с точки зрения бокового размера, так и толщины). Например, большие и тонкие нанолисты желательны для (опто)электронных приложений, в то время как малые нанолисты с боковым расположением интересны для каталитических применений. Поэтому выбор размера после отшелушивания является важным этапом, который мы рассматриваем здесь. Мы предоставляем подробный протокол по эффективному выбору размера в больших количествах с помощью жидкостного каскадного центрифугирования, а также количественному определению размера и толщины с помощью статистического микроскопического анализа (атомно-силовая микроскопия и просвечивающая электронная микроскопия). Сравнение MoS2 и WS2 показывает, что оба материала подбираются по размеру одинаковым образом с помощью одной и той же процедуры. Важно отметить, что дисперсии нанолистов, выбранных по размеру, демонстрируют систематические изменения в своих оптических спектрах затухания с размером из-за эффектов края и удержания. Мы показываем, как эти оптические изменения количественно связаны с размерами нанолистов, и описываем, как средняя длина нанолистов и количество слоев могут быть надежно извлечены из спектров экстинкции. Протокол отслоения и выбора размера может быть применен к широкому спектру слоистых кристаллов, как мы ранее продемонстрировали для графена, сульфида галлия (GaS) и черного фосфора.

Введение

Возможность производить и перерабатывать графен, связанных двумерных кристаллов (2D) в жидкой фазе, делает их перспективными материалами для постоянно растущего диапазона применений как композиционных материалов, датчиков, при хранении и преобразования энергии и гибкие (опто) электроники. 1-6 Для использования 2D наноматериалы в приложениях , таких как они потребуют недорогие и надежные функциональные чернила с по требованию бокового размера и толщины наноразмерных составляющих, а также контролируемых реологических и морфологических свойств , поддающихся промышленных масштабах процессов печати / нанесения покрытий. 7 В связи с этим, жидкая фаза отшелушивание стала важной техникой производства , дающие доступ к целому ряду наноструктур в больших количествах. 6,8,9 Этот метод включает в себя ультразвуковую обработку или срезание слоистых кристаллов в жидкостях. Если жидкость соответствующим образом выбрана (например, подходящие растворители или поверхностно -активное вещество) в нанолисты будет stabilized против реагрегация. Многочисленные приложения и проверка и подтверждение принципа действия устройства были продемонстрированы такими методами. 6 Вероятно , самая большая сила этой стратегии является ее универсальность, поскольку многочисленные слоистые родительские кристаллы могут быть отслаивается и обработаны подобным образом, обеспечивая доступ к широкому спектру палитры материалов , которые могут быть адаптированы к нужному приложению.

Однако, несмотря на это недавний прогресс, полученный в результате полидисперсности, который возникает из-за этих методов производства жидкой фазы (с точки зрения длины и толщины nanosheet) по-прежнему представляет собой узкое место в реализации устройств с высоким производительности. Это происходит главным образом потому, что разработка новых и инновационных методов выбора размера до сих пор требуется длина нанолистов и толщину характеристику с помощью утомительных статистической микроскопии (атомно-силовой микроскопии, AFM и / или просвечивающей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии).

Несмотря на эти проблемы, Seveметоды центрифугирования по шкале RAL Сообщалось, что достичь длины и толщины сортировки. 6,10-13 Самый простой сценарий является однородным центрифугирование, где дисперсия центрифугируют при заданном центробежного ускорения , а надосадочную жидкость декантируют для анализа. Скорость центрифугирования устанавливает размер светотеневой, в результате чего выше скорость, тем меньше являются нанолисты в надосадочной жидкости. Тем не менее, этот метод страдает от двух основных недостатков; во - первых, когда более крупные нанолисты должны быть выбраны (т.е. дисперсию центрифугируют при низких скоростях и надосадочную жидкость сливают) все меньшие нанолисты также останутся в образце. Во-вторых, независимо от скорости центрифугирование, значительная часть материала, как правило, теряется в осадке.

Альтернативная стратегия выбора размера является градиент плотности (или изопикническим) центрифугирование. 11,14 В этом случае дисперсия вводится в центрифужные пробирки соntaining градиенте плотности среды. Во время ультрацентрифугирования (обычно> 200 000 XG), градиент плотности формируется и нанолисты переместится в точку в центрифугу, где их плавучую плотность (плотность в том числе стабилизатора и оболочки растворителя) соответствует плотности градиента. Обратите внимание, что наноматериал может также перемещаться вверх в течение этого процесса (в зависимости от того, где он был введен). Таким образом, нанолисты эффективно сортируются по толщине, а не массы (в отличие от однородного центрифугирования). Хотя эта процедура дает уникальную возможность сортировать нанолисты по толщине, он страдает от заметных недостатков. Например, выходы очень низки, и в настоящее время не позволяют массовое производство разделенных нанолистов. Отчасти это связано с низким содержанием монослоев в складе дисперсий после жидкого пилинга и потенциально могут быть улучшены за счет оптимизации процедур пилинг в будущем. Кроме того, она, как правило, отнимает много времени многоэтапнымПроцесс ультрацентрифугирования с участием нескольких итераций для достижения эффективного выбора размера. Кроме того, в случае неорганических наноматериалов, она ограничена полимерным стабилизированный дисперсий для получения требуемых плавучие плотности и градиентной среды в дисперсии может помешать дальнейшей обработки.

Недавно мы показали , что процедура мы называем жидкий каскадного центрифугирования (LCC) предлагает захватывающую альтернативу, 13 , как мы будем также подробно в этой рукописи. Это процедура многоступенчатая, которая чрезвычайно универсальны позволяет различные каскады быть разработаны в соответствии с желаемым результатом. Чтобы продемонстрировать этот процесс, стандартный каскад изображен на рисунке 1 и включает в себя несколько этапов центрифугирования при этом каждом номере имеется более высокую скорость , чем в прошлом. После каждого шага осадок сохраняется и супернатант затем используется в следующем этапе. В результате, каждый осадок содержит нанолисты в заданномдиапазон размеров, которые были "в ловушке" между двумя центрифугировани с разными скоростями; нижний удаление больших нанолисты в предыдущем осадка в то время как более высокая скорость удаляет мелкие нанолисты в супернатант. Решающее значение для LCC, полученный в результате осадок может быть вновь диспергированы полностью мягким ультразвуком в соответствующей среде, которая в данном случае представляет собой водный раствор натрия холат H 2 O-SC (при концентрациях SC снижается до 0,1 г L - 1). В результате дисперсии с практически любой выбранной концентрации. Важно отметить, что практически не материала теряется в LCC, в результате чего в сборе относительно больших масс размера отобранных нанолистов. Как показано здесь, мы применили эту процедуру к ряду жидкостных отслоилась нанолистов включая MoS 2 и WS 2, а также газ, 15 черный фосфор 16 и графена 17 в обоих растворителей и поверхностно -активных систем.

Этот уникальный центрифугирование procedurе позволяет эффективно размерного выбор жидких отслоилась нанолистов и впоследствии позволило значительный прогресс с точки зрения их размера и толщины определения. В частности, с помощью этого подхода мы показали ранее, что оптическая вымирание (и поглощение) спектры нанолистов изменить систематически, как функции обоих нанолистов поперечные размеры и толщину нанолистов. Как мы здесь кратко, это позволило нам связать nanosheet спектральный профиль (в частности, отношение интенсивностей в двух положениях спектра экстинкции) к средней длине nanosheet в результате nanosheet краевых эффектов. 12,13 Важно отметить, что то же самое уравнение может быть использовано для количественного определения размера MoS 2 и WS 2. Кроме того, мы покажем, что А-экситон позиция смещается в сторону меньших длин волн в зависимости от средней толщины nanosheet из-за удержания эффектов. Несмотря на то, отслоение, а также выбора размера и определение в общем случае довольно грабежаПроцедуры ЕСН, количественный результат зависит от тонкостей в протоколе. Тем не менее, особенно для новичков в этой области, трудно судить, какие параметры процесса имеют самое непосредственное отношение. Это сводится к тому, что экспериментальные участки научно-исследовательских работ только обеспечить грубый протокол, без обсуждения того, что исход можно ожидать при изменении процедуры или давая рациональное позади протокола. В этом вкладе, мы намерены решить эту проблему, а также предоставить подробное руководство и обсуждение до производства жидко-отслоилась нанолистов контролируемого размера и для точного определения размера либо статистической микроскопии и анализа спектров экстинкции. Мы убеждены в том, что это поможет улучшить воспроизводимость и надеемся, что это будет полезным руководством для других экспериментаторов в этой области исследований.

figure-introduction-1
FIGURe 1: Схема выбора размера жидким каскадного центрифугирования. Размер выбранных нанолисты собираются в виде осадков. Каждый осадок собирают или « в ловушке» между двумя скоростями центрифугирования (со) , начиная с низких скоростей и идущих на более высокие от шага к шагу. Осадок отбрасывают после первого центрифугирования содержит unexfoliated слоистые кристаллиты в то время как супернатант отбрасывали после последней стадии центрифугирования содержит чрезвычайно малые нанолисты. Размер выбранной дисперсии получают путем повторного диспергирования собранных отложений в той же среде (в данном случае водный раствор поверхностно-активного вещества) при пониженных объемах. Адаптировано с разрешения 13. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Жидкий Отшелушивание - Подготовка Подходящие Дисперсии изображения

  1. Установите металлическую чашку под сонотрода в бане со льдом.
  2. Погружают 1,6 г порошка TMD в 80 мл водного раствора холат натрия (SC) , поверхностно -активного вещества (концентрации холат натрия, C SC = 6 г · л -1) в металлической чашке.
  3. Перемещение звуковой наконечник в нижней части металлической чашки, а затем вверх на ~ 1 см. Оберните алюминиевой фольги вокруг звукового зонда, чтобы избежать утечки.
  4. Разрушать ультразвуком смесь при охлаждении льдом с помощью зонда обработки ультразвуком, чтобы избежать нагрева с использованием твердого шлицевая наконечник (750 Вт процессор) в течение 1 ч при 60% амплитуды импульса (6 с на и 2 с выкл).
  5. Центрифуга дисперсии при скорости центрифугирования 2660 х г в течение 1,5 ч. Удалите супернатант , содержащий примеси и собирают осадок в 80 мл раствора поверхностно -активного вещества свежего (C SC = 2 г L -1).
    Примечание: Используйте максимальную высоту наполнения в центрифужные пробирки максимально 10 см. Otherwise, увеличьте время центрифугирования.
  6. Тема дисперсии до второй, более ультразвуковую обработку с использованием твердого шлицевая наконечника в течение 5 ч при 60% амплитуды импульса (6 с на и 2 с в выключенном состоянии) при охлаждении льдом. Заменить баню со льдом через каждые 2 ч во время паузы Озвучивание.

2. Nanosheet Выбор размера с помощью жидкостной Каскад центрифугирования

Примечание: Чтобы выбрать нанолисты по размеру, жидкий каскадного центрифугирования с последовательно увеличивая центробежное ускорение применяется (Рисунок 1). Следующая процедура рекомендуется в качестве стандартного выбора размера каскада в случае TMDS. Для других материалов, скорость центрифугирования может потребоваться корректировка.

  1. Удалить unexfoliated порошок центрифугированием при 240 х г (1,5 krpm), 2 ч. Выбросите осадок.
  2. Центрифуга супернатант при более высоком центробежным ускорением: 425 XG (2 krpm), 2 ч. Накопление осадка в свежей поверхностно-активного вещества в уменьшенном объеме (3-8 мл).
  3. ЦентрифугаСупернатант при еще более высокой центробежным ускорением: 950 XG (3 krpm), 2 ч. Накопление осадка в свежей поверхностно-активного вещества в уменьшенном объеме (3-8 мл).
  4. Повторите эту процедуру со следующими центробежными ускорениями: 1.700 XG (4 krpm), 2650 XG (5 krpm), 3500 XG (6 krpm), 5,500 XG (7,5 krpm) и 9,750 XG (10 krpm).

3. Определение нанолистов размера и толщины по статистическим микроскопией

Примечание: Если спектроскопические метрики уже доступны, раздел 3 можно пропустить или уменьшить, т.е. не выполняется для каждого образца.

  1. Длина: просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ)
    1. отложение
      1. Развести высокие концентрации дисперсии с водой (для уменьшения концентрации поверхностно-активного вещества), таким образом, что они имеют светлую окраску. Падение отливают на сетке (например, дырчатого углерод, 400 меш) помещают на фильтрующую мембрану, чтобы фитиль от избытка растворителя.
    2. обработки изображений
      1. Запись нескольких емкэс на разных позициях на сетке. Настройте поле зрения в зависимости от размера nanosheet. Для комплексной обучающей программы ТЭМ изображения, см ссылку 18.
    3. Статистический анализ проводили с использованием длины ImageJ
      1. Откройте программу ImageJ, выбрать соответствующий ПЭМ изображение с помощью меню "Файл" и "открытой" изображения. Изображение откроется в новом окне.
      2. Перейдите на вкладку "Анализ". Выберите "установить масштаб" из выпадающего меню. В новом окне откроется. Нажмите кнопку "удалить масштаб", отметьте "глобальный" и нажмите кнопку "ОК".
      3. Выберите "Line" инструмент. Draw профиль линии по длине масштабной линейки ТЕМ изображения.
      4. Нажмите кнопку "проанализировать". Выберите "установить масштаб" из выпадающего меню. Введите длину шкалы бар в нм в поле "известном расстоянии" и нажмите кнопку "ОК".
        Примечание: Расстояние от линии, проведенной на шкале панели отображается в пикселях.
      5. Выберите "Line" инструмент и измерить длину nanosheet, нарисовав профиль линии самой длинной оси nanosheet.
      6. Нажмите "Ctrl + M" для измерения. Новый блок, помеченный значком "результаты" открывается с длиной nanosheet отображается в столбце "Длина".
      7. Повторите шаг 3.1.3.6 для всех индивидуально депонированных нанолистов (не агрегированных из них) в изображении.
      8. При открытии нового изображения повторите шаги 3.1.3.3- 3.1.3.7. Подсчитайте длину 150 нанолистов.
        Примечание: Все данные длина nanosheet скомпилирован в окне "Результаты" и могут быть скопированы в другие программы для дальнейшей обработки.
  2. Толщина: атомно-силовой микроскопии (AFM)
    1. Развести дисперсии так, что почти прозрачны для человеческого глаза (что соответствует интенсивности экстинкции идеально ~ 0,2 на 1 см длина пути при 400 нм). В случае поверхностно-активных веществ дисперсий, разбавить водой не поверхностно-активным веществом.
    2. При паденииналожено на предварительно нагретых пластин. Для получения дисперсии на водной основе, нагрева пластины до ~ 170 ° C на горячей плите и депозит 10 мкл на 0,5 х 0,5 см 2 пластины.
    3. Промыть тщательно вафель с минимумом 5 мл воды и 3 мл 2-пропанола для удаления остаточного поверхностно-активного вещества и других примесей.
    4. Сканирование и сохранение нескольких изображений на образце с AFM в режиме разговоров. Для малых нанолистов использовать разрешение 512 линий на изображения и изображения размерами максимум 2 х 2 мкм 2. Для образцов , содержащих большие нанолисты, увеличить поле зрения , чтобы до 8 х 8 мкм 2. Используйте скорости сканирования по мере необходимости (обычно 0,4-0,7 Гц). В качестве альтернативы, сканировать большие площади с более высоким разрешением.
    5. Измерение толщины с помощью программного обеспечения Gwyddion
      1. Откройте программу и выберите соответствующую AFM изображение с помощью "Файл" и "открыто". Изображение откроется в новом окне.
      2. Исправьте фона, используя "данные на уровне от средней плоскости суbtraction "" выравнивать строки "и" правильные горизонтальные шрамы "в разделе" Process Data "в главном меню. Применить поправки, изменения цвета изображения для лучшего контраста, щелкнув правой кнопкой мыши по легенде и установить плоскость г к нулю.
      3. Увеличение области выбора (если это удобно). Нажмите на инструмент "урожая" в главном меню. Перетащите курсор на изображение, чтобы пометить область выбора. Нажмите кнопку "Применить". Проверьте "создать новый канал", чтобы открыть выделенную область в новом окне.
      4. Выберите "Извлечь профили" из меню инструментов. Откроется новое окно.
      5. Нарисуйте линию через nanosheet. Запишите толщину в таблице. В случае неоднородно толстых нанолистов, в среднем толщину через nanosheet. Проявляйте особую осторожность, чтобы измерить только в индивидуальном порядке, депонированные и неагрегированные нанолисты.
      6. Повторите 3.2.5.3-3.2.5.5 для всех нанолистов на изображении.
      7. Повторите 3.2.5.1-3.2.5.6 для всего изображенияы записано. Граф минимум 150 нанолисты.
  3. Преобразование толщины АФМ слоя на номер
    Примечание: Видимое Высоты АФМ из жидких эксфолиативных наноматериалы, как правило, завышены в связи с наличием остаточного растворителя. Кроме того, точные измерения высоты неоднородных образцов (например, наноматериалы, нанесенных на подложки) с использованием АСМ, как правило, сложно из-за вкладов от эффектов, таких как капиллярные силы и сцепления, которые зависят от материала и измерения параметров. 19,20 Для преодоления этих проблем и преобразовать кажущуюся измеренную толщину AFM к числу слоев, процедура называется анализ ступеньками был разработан , как описано ниже. 12,13,16,21. Шаги 3.3.1-3.3.4 может быть пропущен, если высота ступеньки известна.
    1. Open, правильно и обрезать изображение AFM, как описано в разделе 3.2, чтобы выбрать nanosheet с четко различимыми террасами.
    2. Измерьте высоту поперекnanosheet с помощью "Extract" инструмент профиля.
      Примечание: Подходящие профили показывают дискретные шаги , как на рисунке 2B врезке.
      1. Запишите высоту этих шагов (то есть разность высот от одной террасы к другой на nanosheet).
    3. Граф, по крайней мере 70 из этих шагов.
    4. Участок высота ступеньки в порядке возрастания (рис 2С).
      Примечание: Заметим, что для TMDS видимая высота ступеньки всегда кратно ~ 1,9 нм.
    5. Разделить видимую мощность AFM (измеренный, как описано в разделе 3.2) на 1,9 нм, чтобы получить номер слоя.
      Примечание: Другие материалы имеют другие коэффициенты пересчета ступеньками, требующих другой калибровки.

4. Определение MoS 2 и WS 2 размера и толщины на основе Extinction Spectra

  1. приобретение Spectra
    1. Развести высокие образцы концентрации с respectiве среды (здесь водный холат натрия, 2 г L - 1) с получением вымираний ниже 2 по всем спектральном диапазоне.
    2. Установите приращения для спектрального приобретения до 0,5 нм в настройках прибора или использовать скорость сканирования медленный или средний.
    3. Выберите режим "вычитают исходные" в настройках прибора. Поместите кювету водный раствор холат натрия в образце отделения спектрометра и запустить измерение.
    4. Удалите кювету с раствором холат натрия из спектрометра и опустошить его. Заполните в образце, поместить образец в образце отделения спектрометра и запустить сканирование образца.
  2. Определение длины от соотношения интенсивности
    1. Вариант 1: считываемые интенсивность в А-экситона, Ext A (~ 660 нм для MoS 2 и 620 нм для WS 2) и локальный минимум Ext мин (345 нм для MoS 2 и 295 нм для WS 2). Делитьинтенсивность в А-экситона по интенсивности в локальном минимуме , чтобы получить отношение интенсивностей внешн A / внешн мин.
    2. Определить среднюю длину nanosheet, , используя уравнение 1.
      figure-protocol-1 (Уравнение. 1)
      где Ext A / Ext мин является отношение интенсивности вымирания на А-экситона (Ext А) и локального минимума (Ext мин).
      Примечание: Уравнение справедливо для обоих MoS 2 и WS 2. Тем не менее, его точность ограничена, особенно для маленьких нанолистов.
    3. Вариант 2: Определить отношение интенсивности локального максимума в УФ - области спектра, Ext Max-HE (270 нм для MoS 2 и 235 нм в течение 2 WS) и локального минимума, Ext мин (345 нм для MoS 2 и 295 нм для WS 2)
    4. Определить среднюю длину nanosheet, , используя уравнение 2.
      Уравнение 2 (уравнение. 2)
      С Ext макс-HE , обозначающее интенсивность на локальном максимуме при высоких энергиях (270 нм для MoS 2 и 235 нм для WS 2) и Ext мин интенсивности гашения в локальном минимуме (345 нм для MoS 2 и 295 нм для WS 2 ).
      Примечание: Вариант 2 дает более точное измерение поперечного размера. Тем не менее, области высоких энергий не могут быть доступны во всех растворителях / поверхностно-активного вещества.
  3. концентрация
    1. Записывают интенсивность экстинкции по отношению к 1 см длины пути при 345 нм для MoS 2 и 235 нм для WS 2, соответственно.
      Примечание: Разделить записанную измеренное гашении длины оптического пути кюветы.
    2. Разделите эту интенсивность вымиранием коэффициентов 68 Lg -1 см -1 при 345 нм для MoS 2 и 47 Lg -1 см -1 при 235 нм для WS 2 , чтобы получить NanosКонцентрация Heet в Gl -1.
  4. Толщина Определение от A-экситонной позиции
    1. Вычислить вторую производную спектра.
      1. С помощью анализа данных и графическое программное обеспечение (например, OriginPro), выберите столбец , содержащий интенсивность вымирания. Перейдите на вкладку "Анализ", выберите "математика" из выпадающего меню и "дифференцировать", "открытый диалог". В новом окне откроется. Установите производную порядка на 2 и нажмите кнопку ОК.
    2. Гладкая вторую производную соседними усреднении (~ 10-20 баллов за окно в A-экситонной области).
      1. Например, с помощью программного обеспечения для анализа данных и построения графиков, график второй производной спектра.
        1. С помощью графического окна активной, нажмите на кнопку "анализ" и выберите "обработки сигналов", а затем "сглаживать", затем "открытый диалог" из выпадающего меню. В новом окне откроется.
        2. выберите4; соседнему Усреднение ", как сглаживающий метод и установить точки 20.
        3. Участок результирующий сглаженный спектр, который отображается в виде новых столбцов. Если шум все еще высока, повторить сглаживание.
          Примечание: Как правило, спектральный сглаживающий требуется, чтобы уменьшить шум, если высокие времена интегрирования при измерении не используются. Соответствующий сглаживающий является важной частью анализа данных и соответствующий метод сглаживания зависит от желаемого результата. Этот особый метод сглаживания только идеально подходит для определения среднего положения пика. 13
    3. Считываемые положение пика от второй производной. Это длина волны А-экситона, λ A. В качестве альтернативы, выполните шаги, описанные в 4.4.4-4.4.7.
    4. Преобразовать ось х от длины волны энергии, используя соотношение:
      E (эВ) = 4.135E-6 * 2.997E8 / λ (нм)
    5. Установить вторую производную второй производной ЛоренцаИэн.
      Примечание: Лоренцево можно записать в виде
      figure-protocol-3 (Уравнение. 3)
      Где Н высота, Е '0 является центром и ш является FWHM. Дифференцируя дважды по E дает
      figure-protocol-4 (Формула 4).
      1. В программном обеспечении для анализа данных и построения графиков, выберите "инструменты" из главного меню и выберите "фитинга функцию строитель". В новом окне откроется.
      2. Выберите "Создать новую функцию", нажмите кнопку Далее.
      3. Оставьте настройки по умолчанию, дайте функцию имя и нажмите кнопку Далее.
      4. Установить "Н, Е, ш" в качестве параметров, нажмите кнопку Далее.
      5. Enter "(-8 * ч / ш ^ 2) * (1-3 * (2 * (Ех) / W) ^ 2) / (1+ (2 * (Ех) / W) ^ 2) ^ 3", как тело функции, нажмите кнопку Готово.
      6. Участок только A-экситонной области второй производной спектра по шкале энергий.
      7. СГрафическое окно активным, нажмите на вкладку "Анализ". Выберите "фитинг", "нелинейной кривой посадки", "открытый диалог" из выпадающего меню. В новом окне откроется.
      8. Выберите "ПК" в категории и выбрать ранее встроенную функцию в функции окна. В вкладке "Параметры" установить начальные значения для W до 0,1, и Е до 1,99 для WS 2 и 1,85 для MoS 2. Нажмите "подгонки"
    6. Запись энергии Е '0, что энергия , связанная с А-экситона, Е' А.
    7. Определить количество слоев в соответствии с уравнениями 5 (MoS 2) и 6 (WS 2).
      figure-protocol-5 (Уравнение. 5, MoS 2)
      figure-protocol-6 (Уравнение. 6, WS 2)
      с Х А , обозначающая длину волны А-excitoп и Е обозначающая энергию А-экситона.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Жидкий каскад центрифугирования (Рисунок 1) представляет собой мощный метод для сортировки жидкостью отслоилась нанолисты от размера и толщины , как показано на рисунке 2 для обоих MoS 2 и WS 2. Nanosheet боковые размеры и толщина могут быть охарактеризованы с помощью статистического ТЭМ и атомно-силовой микроскопии, соответственно. Типичное АСМ изображение показано на рисунке 2А. Видимая мощность nanosheet преобраз...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Базовые приготовления

Образцы, описанные здесь, получают наконечник озвучивания. Альтернативные процедуры отшелушивание могут быть использованы, но приведет к различной концентрации, боковых размеров и степеней отшелушивания. Более высокие амплитуды и больше на импульсов во время обработки ультразвуком следует избегать, чтобы предотвратить повреждение устройства для обработки ультразвуком. Аналогичные результаты были получены с использованием 500 Вт процессоров. Тем не менее, время обработки ул...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Исследование, приведшее к этим результатам, получило финансирование от Седьмой рамочной программы Европейского Союза в рамках грантового соглашения No 604391 Graphene Flagship. C.B. выражает признательность Немецкому научно-исследовательскому обществу, DFG, в рамках гранта BA 4856/2-1.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Гидрат холата натрия, из бычьей и/или овечьей желчиSigma AldrichC1254-100GПоверхностно-активное вещество используется в качестве стабилизатора в виде водного раствора (т.е. , после растворения порошка в многопоровой воде)
MoS2 порошокSigma Aldrich69860-100GДоступны другие дистрибьюторы, но отшелушивание и результат выбора размера могут различаться
WS2, порошок 2 μ mSigma Aldrich243639-50GДоступны другие дистрибьюторы, но отслоение и результат выбора размера могут варьироваться
ImageJ Разработчик программного обеспечения: National Insitutes of Health64-разрядная версия Java 2.45 1.6.0_24Программное обеспечение для обработки изображений, используемое для анализа TEM, скачать бесплатно
Gwyddion SoftwareРазработчик: Чешский метрологический институт64-разрядная версия Java версия 2.45Программное обеспечение для обработки изображений, используемое для анализа АСМ, скачать бесплатно
Программное обеспечение Origin Pro OriginLabVersion 2016Программное обеспечение, используемое для анализа данных, таких как дифференциация и подгонка спектров затухания
ЦентрифугаHettichLabMikro 220Rлюбая другая настольная центрифуга подходит
Ротор 1HettichRotor 1016для центрифугирования < 5 000 x
g Ротор 2Hettich Rotor1195-Aдля центрифугирования >5 000 x g

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

дихалькогениды переходных металловжидкофазное отшелушиваниеконтроль размера нанолистовкаскадное центрифугированиеатомно-силовая микроскопияспектры оптического поглощенияанализ количества слоевультразвуковое воздействие зондомстатистическая микроскопияприготовление тонких пленок
Получение жидкостным слущенных переходных металлов дихалькогенидных нанолистов с контролируемыми размера и толщины: Государство Протокола Арт
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.