Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Sıvı dağılmış Geçiş Metal dikalkogenid Kontrollü Boyutu Nanosheets ve Kalınlığının Hazırlanması: Sanat Protokolü Bir Devlet

13.5K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/54806

⸱

20 Aralık 2016

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

Bu makalede

Özet

nanosheets katmanlı malzeme, sıvı pul pul dökülme için bir protokol, mikroskopik ve spektroskopik tekniklerle boyutu seçimi ve boyut ölçümü sunulmuştur.

Özet

Kontrollü boyut ve kalınlıkta sıvı pul pul dökülmüş geçiş metali dikalkojenit (TMD) nano levhaların üretimindeki son gelişmeleri özetliyoruz. Molibden disülfür (MoS2) ve tungsten disülfür (WS2) katmanlı kristalleri, sonikasyon ile sulu yüzey aktif madde çözeltisi içinde pul pul dökülür. Bu, geniş boyut ve kalınlık dağılımlarına sahip nano tabakalar içeren yüksek oranda polidispers karışımlar verir. Bununla birlikte, çoğu amaç için, belirli boyutlar (hem yanal boyut hem de kalınlık açısından) gereklidir. Örneğin, (opto) elektronik uygulamalar için büyük ve ince nanotabakalar istenirken, yanal olarak küçük nanotabakalar katalitik uygulamalar için ilgi çekicidir. Bu nedenle, pul pul dökülme sonrası boyut seçimi, burada ele aldığımız önemli bir adımdır. Sıvı kaskad santrifüjleme ile büyük miktarlarda verimli boyut seçimi ve istatistiksel mikroskobik analiz (atomik kuvvet mikroskobu ve transmisyon elektron mikroskobu) ile boyut ve kalınlık ölçümü hakkında ayrıntılı bir protokol sunuyoruz. MoS2 ve WS2'nin karşılaştırılması, her iki malzemenin de aynı prosedürle benzer şekilde boyut seçildiğini göstermektedir. Daha da önemlisi, boyut olarak seçilen nano tabakaların dağılımları, kenar ve hapsetme etkilerine bağlı olarak optik sönme spektrumlarında boyutla sistematik değişiklikler gösterir. Bu optik değişikliklerin nano tabaka boyutlarıyla nicel olarak nasıl ilişkili olduğunu gösteriyoruz ve ortalama nano tabaka uzunluğunun ve katman sayısının yok olma spektrumlarından nasıl güvenilir bir şekilde çıkarılabileceğini açıklıyoruz. Pul pul dökülme ve boyut seçim protokolü, daha önce grafen, galyum sülfür (GaS) ve siyah fosfor için gösterdiğimiz gibi çok çeşitli katmanlı kristallere uygulanabilir.

Giriş

olasılık onları enerji depolama ve dönüşüm ve esnek (opto) elektronik, kompozit malzemeler, sensörler gibi uygulamalar giderek büyüyen bir aralığı için umut verici maddeler yapar sıvı fazda iki boyutlu (2D) kristalleri üretmek ve süreç grafen, ilgili. 1-6 on-demand yanal boyutu ve nano ölçekli bileşenlerin kalınlığı, yanı sıra endüstriyel ölçekli baskı / kaplama işlemlerinde mükellef kontrollü reolojik ve morfolojik özellikleri ile ucuz ve güvenilir işlevsel mürekkepleri gerektirir bu gibi uygulamalar içinde 2B nanomalzemeleri yararlanmak için. 7 Bu bağlamda, sıvı faz pul pul dökülme büyük miktarlarda nano bir bütün ana erişim sağlayan önemli bir üretim tekniği haline gelmiştir. 6,8,9 Bu yöntem, sıvılarda tabakalı kristallerin sonikasyon veya kesme içerir. Sıvı, uygun (yani, uygun çözücüler ya da yüzey aktif madde) seçilirse nanosheets sn olacaktırreaggregation karşı tabilized. Çeşitli uygulamalar ve kanıtı prensibi cihazları, teknikler ile gösterilmiştir. Çok sayıda katmanlı ebeveyn kristalleri Pullu ve istenen uygulama için uygun olabilir malzemelerin geniş bir paleti erişim sağlayan, benzer şekilde işlenebilir olarak 6 Muhtemelen bu stratejinin en büyük gücü, çok yönlü olmasıdır.

Ancak, bu son gelişmelere rağmen, (nanosheet boy ve kalınlıkta açısından) nedeniyle bu sıvı faz üretim yöntemleri doğar bileşke polidispersite hala yüksek performanslı cihazların gerçekleştirilmesinde bir darboğaz sunar. Bu yeni ve yenilikçi boyutu seçimi tekniklerinin geliştirilmesi bugüne kadar sıkıcı istatistiksel mikroskobu (atomik kuvvet mikroskobu, AFM ve / veya iletim elektron mikroskobu, TEM) kullanarak nanosheets uzunluğu ve kalınlığı karakterizasyonu gerektirmiştir çoğunlukla çünkü.

Bu zorluklara rağmen, several santrifüj leme teknikleri uzunluk ve kalınlık sıralama elde etmek için rapor edilmiştir. 6,10-13 basit senaryoda dispersiyon, belirli bir merkezkaç ivmesi santrifüjlendi ve üste çıkan sıvı analiz için boşaltılır homojen bir santrifüj, bir. Santrifüj hızı daha küçük, hız yüksek süpernatant nanosheets olan sayede boyutu cut-off, ayarlar. Bununla birlikte, bu teknik, iki önemli dezavantajı vardır; Daha büyük nanosheets seçilen söz konusu olduğu zaman ilk olarak, bütün küçük nanosheets da örnek kalır (yani, dispersiyon düşük hızlarda santrifüj uygulanır ve süpernatant dekantasyon işleminden geçirilir). İkinci olarak, bağımsız olarak santrifüjleme hızı, malzemenin önemli bir bölümü tortu boşa eğilimindedir.

boyut seçimi için alternatif bir strateji yoğunluk gradyan (veya İzopiknik) santrifüj olduğunu. Bu durumda, 11,14, dispersiyon bir santrifüj tüpü co enjekte edilirbir yoğunluk gradyan orta ntaining. ultrasantrifüj (tipik olarak> 200,000 x g) sırasında, bir yoğunluk gradyan oluşturulur ve nanosheets kendi yüzer yoğunluk (stabilizatör ve çözücü kabuk içeren yoğunluğu) gradyanı yoğunluğunu eşleşen santrifüj noktasına hareket eder. nano malzeme de (enjekte edildi nerede bağlı olarak) bu işlem sırasında yukarı doğru hareket unutmayın. Bu şekilde, nanosheets etkili kalınlık yerine kütle (homojen santrifüj karşı) göre sınıflandırılmaktadır. Bu prosedür, kalınlığı ile nanosheets sıralamak için benzersiz bir fırsat sunmaktadır da, önemli dezavantajı vardır. Örneğin, verim çok düşük olup, bu da ayrılmış nanosheets seri üretimi için izin yoktur. Bu sıvı-pul pul dökülme sonra hazır dispersiyonlar içinde mono-tabaka içeriği düşük kısmen ilgilidir ve potansiyel olarak gelecek eksfoliasyon prosedürleri optimize edilmesi ile geliştirilebilir. Buna ek olarak, tipik olarak zaman alıcı bir çok aşamalı birverimli boyut seçimi ulaşmak için birden fazla yineleme içeren Ultrasantrifügasyon süreci. Ayrıca inorganik nano durumunda, gerekli yüzer yoğunlukları elde etmek için, polimer stabilize dispersiyonlar ile sınırlıdır ve dispersiyon içinde gradyan ortam ayrıca işleme müdahale edebilir.

Bir prosedür biz vadeli likit kaskad santrifüj (LCC) heyecan verici bir alternatif sunuyor Biz son zamanlarda gösterdi 13 olarak biz de olacak bu yazının ayrıntı. Bu arzu edilen sonuca göre dizayn edilecek çok yönlü, çeşitli kaskadlar izin bir çok adımlı bir işlemdir. Bu işlemi göstermek için, standart bir çağlayan Şekil 1'de tasvir ve her geçen daha yüksek bir hıza sahiptir bu sayede birden fazla santrifüj adımları içerir edilir. Her adımdan sonra, tortu tutulur ve yüzer madde daha sonra işlem aşaması kullanılır. Bunun bir sonucu olarak, her bir tortu, belirli bir bölgesindeki nanosheets içerirFarklı hızlarda iki santrifüj işlemi arasında "sıkışıp" olan boyut aralığı; yüksek hız süpernatant içine küçük nanosheets kaldırır ise alt bir önceki tortu içine büyük nanosheets kaldırarak. LCC için kritik, elde edilen tortu, bu durumda (0.1 g L-1 kadar düşük SC konsantrasyonlarda), sulu sodyum kolat H2O-Sc ilgili ortam, hafif sonikasyon ile tamamen yeniden dağıtılmaktadır. Sonuç hemen hemen herhangi bir seçilen konsantrasyon ile dispersiyonlar olup. Önemli bir şekilde, hemen hemen hiç bir materyal ebat bakımından seçilmiş nanosheets nispeten büyük kitleler toplanması ile sonuçlanan LCC boşa gitmektedir. Burada görüldüğü gibi, biz MoS 2 ve WS 2 yanı sıra gaz, 15 siyah fosfor 16 ve solvent ve yüzey aktif sistemlerde hem de grafen 17 olmak üzere sıvı dağılmış nanosheets bir dizi için bu yordamı uyguladık.

Bu eşsiz santrifüj prosedüründee sıvı dağılmış nanosheets etkin boyut seçim sağlar ve daha sonra boyutu ve kalınlık tespiti bakımından önemli bir gelişme sağlamıştır. Özellikle, bu yaklaşım aracılığıyla nanosheets optik sönüm (ve absorbans) spektrumu, her iki nanosheets fonksiyonu olarak sistematik değişen boyutlar ve nanosheets kalınlığı yanal daha önce gösterilmiştir. Burada özetlemek gibi, bu bizi nanosheet kenar etkileri sonucunda ortalama nanosheet uzunluğuna nanosheet spektral profil (sönme spektrumun iki pozisyonlarında özellikle yoğunluk oranı) bağlamak için izin verdi. 12,13 Önemli olarak, aynı denklemi Otoyollarının 2 ve WS 2 boyutunu ölçmek için kullanılabilir. Ayrıca, A-exciton konumu nedeniyle sınırlandırıcı etkileri ortalama nanosheet kalınlığının bir fonksiyonu olarak daha düşük dalga boylarında doğru kaydırır göstermektedir. Hatta pul pul dökülme, yanı sıra boyutu seçimi ve belirlenmesi olsa genel ziyade soymak vardırust prosedürleri, kantitatif sonuçlar protokolünde incelikleri bağlıdır. Bununla birlikte, özellikle bu amaç için yeni gelen, en uygun olan işlem parametreleri değerlendirmek için zordur. Bu araştırma kağıtları deneysel bölümleri sadece prosedürü değiştirerek veya protokol arkasında rasyonel verirken sonuç beklenebilir ne olduğunu tartışırken olmadan, kaba bir protokol sağlamak aslında aşağı gelir. Bu katkı, biz bu hitap yanı sıra istatistiksel mikroskopi veya nesli spektrumlarının analizi biri tarafından boyutunun doğru belirlenmesi kontrollü boyutta sıvı dağılmış nanosheets üretimine ve ayrıntılı bir rehber ve tartışma sağlamak niyetinde. Biz bu tekrarlanabilirlik geliştirmek için yardımcı olacaktır eminiz ve bu araştırma alanındaki diğer deneyselciler için yararlı bir rehber olacağını umuyoruz.

figure-introduction-1
Figu1 re: Sıvı kaskad santrifüj boyutu seçimi şematik. Boyutu seçilmiş nanosheets çökelleri olarak toplanır. Her tortu toplanmış ya da iki santrifüj hızlarında (ω) düşük hızlarda başlayan ve adım adım daha yüksek olanlara gitmeden arasında "sıkışıp" dir. Son santrifüj aşamasından sonra üstteki sıvı atıldı son derece küçük nanosheets içerirken birinci santrifüj sonrası atılması tortu unexfoliated tabakalı kristalitleri vardır. Boyutu seçilmiş dispersiyonlar düşük hacim aynı ortamı (buradan sulu yüzey aktif madde çözeltisi) toplanan tortu tekrar dağıtılmasıyla hazırlanır. 13 izniyle uyarlanmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Sıvı Eksfoliasyonu - Uygun Stok Dispersiyonlar hazırlanması

  1. Bir buz banyosu içinde Sonotrode altında bir metal kabı monte edin.
  2. Metal kap içinde, sodyum kolat (SC) yüzey aktif (sodyum kolat konsantrasyonu, Cı SC = 6 g L-1), 80 ml sulu çözelti içinde TMD tozun 1.6 g bırakın.
  3. Metal fincan altına sonik ucu hareket ettirin ve sonra ~ 1 cm kadar. dökülmesini önlemek için sonik prob etrafında alüminyum folyo sarın.
  4. % 60 genlik (6 s, 2 s kapalı darbe) 1 saat boyunca, bir katı düz başlı ucu (750 W işlemci) ile ısınmayı önlemek için prob sonikasyon ile buzla soğutma altında karışım sonikasyon.
  5. 1.5 saat boyunca 2.660 x g bir santrifüjleme hızında dispersiyon santrifüjleyin. Yabancı maddeleri ihtiva eden Süpernatant atın ve 80 ml taze yüzey çözeltisi içinde tortu (C SC = 2 g L -1) toplamak.
    NOT: Maksimum 10 cm santrifüj tüplerine maksimum doldurma yükseklikleri kullanın. Diğrwise, santrifüj süresini artırın.
  6. uzun sonikasyon% 60 genlik buzla soğutma altında (6 s, 2 s kapalı darbe), 5 saat boyunca bir katı düz başlı ucunu kullanarak bir ikinci dispersiyon Konu. sonikasyon duraklatırken buz banyosu her 2 saatte değiştirin.

Sıvı Cascade Santrifüj ile 2. Nanosheet Boyut Seçimi

NOT: boyutu, sırayla santrifüj ivme artan sıvı kaskad santrifüj nanosheets seçmek için (Şekil 1) uygulanır. Aşağıdaki yordam TMDS durumunda çağlayan standart boyutu seçimi olarak tavsiye edilir. Diğer malzemeler için, santrifüj hızları ayarlanması gerekebilir.

  1. 240 xg (1.5 krpm), 2 saat santrifüj ile unexfoliated tozu çıkarın. tortu atın.
  2. Daha yüksek merkezkaç ivme süpernatant santrifüj: 425 xg (2 krpm), 2 saat. azaltılmış hacmi (3-8 ml) taze yüzey sedimenti toplayın.
  3. santrifüjdaha yüksek merkezkaç ivme süpernatant: 950 xg (3 krpm), 2 saat. azaltılmış hacmi (3-8 ml) taze yüzey sedimenti toplayın.
  4. Aşağıdaki santrifüj ivmeler ile bu işlemi tekrarlayın: 1700 xg (4 krpm), 2650 xg (5 krpm), 3500 xg (6 krpm), 5500 xg (7.5 krpm), ve 9750 xg (10 krpm).

İstatistiksel Mikroskopi Nanosheets Boyutu ve Kalınlığının 3. Belirlenmesi

NOT: spektroskopik ölçütleri zaten mevcut değilse, bölüm 3 atlanır veya azaltılmış, yani her bir örnek için yürütülen değildir olabilir.

  1. Uzunluk: Transmisyon elektron mikroskobu (TEM)
    1. tortu
      1. Su ile yüksek konsantrasyon dağılımlarını sulandırmak onlar renkte ışık böylece (yüzey konsantrasyonunu azaltmak için). Bırak fazla çözücü uzak fitil bir filtre zarı üzerine yerleştirilir (örneğin holey karbon, 400 meş için) bir ızgara üzerine attı.
    2. Görüntüleme
      1. Tutanak çoklu imagızgara üzerinde farklı pozisyonlarda es. nanosheet büyüklüğüne bağlı olarak görüş alanını ayarlayın. Kapsamlı bir TEM görüntüleme eğitim için başvuru 18 bkz.
    3. İstatistiksel uzunlukta analizi ImageJ kullanılarak gerçekleştirildi
      1. , ImageJ yazılımı açın "Dosya" menüsünden ve "açık" görüntü ile ilgili TEM resmi seçin. görüntü yeni bir pencere açılacaktır.
      2. "Analiz" sekmesini tıklayın. Açılır menüden "set ölçeği" seçin. Yeni bir pencere açılacaktır. , "Ölçek kaldır" Click "küresel" kene ve "Tamam" düğmesine tıklayın.
      3. "Çizgi" aracını seçin. TEM görüntünün ölçeği çubuğunun uzunluğu boyunca bir çizgi profili çizin.
      4. "Analiz" tıklayın. Açılır menüden "set ölçeği" seçin. "Bilinen mesafe" kutusuna nm çaplı çubuğun uzunluğunu girin ve "Tamam" a tıklayın.
        NOT: ölçek çubuğunda çizilen çizginin mesafe piksel cinsinden görüntülenir.
      5. "Çizgi" aracını seçin ve nanosheet en uzun ekseninin bir çizgi profili çizerek nanosheet uzunluğunu ölçün.
      6. Basın "kontrol + M" ölçmek için. "Sonuçlar" etiketli yeni bir kutu "uzunluk" sütununda görüntülenen nanosheet uzunluğu ile açılır.
      7. görüntüdeki tüm bireysel yatırılan nanosheets (değil toplanmış olanlar) için yineleyin 3.1.3.6.
      8. Yeni bir resim açarken, tekrar 3.1.3.3- 3.1.3.7 adımları. 150 nanosheets uzunluğunu sayın.
        NOT: Tüm nanosheet uzunluğu veri "sonuç" penceresinde derlenmiştir ve daha fazla işlem için diğer programlara kopyalanabilir.
  2. Kalınlığı: Atomik kuvvet mikroskobu (AFM)
    1. insan gözünün neredeyse şeffaf böylece dağılımını seyreltin (tükenme yoğunluğuna karşılık gelen ideal ~ 400 nm dalga boyunda 0,2 1 başına cm yol uzunluğu). yüzey aktif dağılımlar durumunda, yüzey aktif olmayan, su ile seyreltilir.
    2. Düşürmek-Önceden ısıtılmış gofret döküm. Su bazlı dispersiyon için, sıcak plaka ve mevduat 0,5 x 0,5 cm 2 gofret başına 10 uL üzerinde gofret için ~ 170 ° C ısıtın.
    3. kalıntı yüzey aktif madde ve diğer yabancı maddeleri uzaklaştırmak için su ile iyice 5 mL 2-propanol, 3 mL minimum gofret durulayın.
    4. Tarama ve modu dokunarak AFM ile numune üzerinde birden fazla görüntü kaydetmek. Küçük nanosheets için en fazla 2 x 2 mikron 2 görüntü ve görüntü boyutları başına 512 hatlarının bir çözünürlüğü kullanın. Büyük nanosheets içeren numuneler için, en fazla 8 x 8 mm 2 görüş alanını arttırır. Uygun (genellikle 0,4-0,7 Hz) olarak tarama hızları kullanmak. Alternatif olarak, yüksek çözünürlükte geniş alanları taramak.
    5. Gwyddion Yazılımı kullanarak kalınlık ölçümü
      1. yazılımını açın ve "dosya" ve "açık" üzerinden ilgili AFM resmi seçin. görüntü yeni bir pencere açılacaktır.
      2. Ortalama uçak su tarafından "seviye verileri kullanılarak arka plan düzeltinbtraction "" satırları hizalamak "ve" doğru yatay izleri "ev menüsünün" Bilgi İşlem "bölümünde. düzeltmeleri uygulayın, efsane sağ tıklayarak daha iyi kontrast görüntü rengini değiştirmek ve sıfıra z-düzlemi ayarlayın.
      3. (Uygun ise) seçim bölgesinde büyüt. Ana menüdeki "kırpma" aracını tıklayın. seçim bölgesini işaretlemek için resmin üzerine imleci sürükleyin. Basın "uygulanır". yeni bir pencerede seçili bölgeyi açmak için "oluşturmak yeni kanalı" kontrol edin.
      4. araçlar menüsünden "özü profilleri" seçeneğini seçin. Yeni bir pencere açılır.
      5. nanosheet boyunca bir çizgi çizin. Bir tablodaki kalınlığı yazın. homojen olmayan bir şekilde kalın nanosheets durumunda, nanosheet boyunca kalınlığı ortalama. Sadece bireysel olarak yatırılan ve toplu olmayan nanosheets ölçmek için aşırı özen gösterin.
      6. görüntü tüm nanosheets için 3.2.5.3-3.2.5.5 tekrarlayın.
      7. Tüm görüntü için 3.2.5.1-3.2.5.6 tekrarKaydedilen s. Minimum 150 nanosheets sayın.
  3. Katman sayısı AFM kalınlığı Dönüşüm
    Not: sıvı dağılmış nano belirginlik AFM yükseklikleri genellikle kalıntı çözücü varlığı abartılmıştır. Buna ek olarak, AFM kullanılarak (örneğin yüzeyler üzerinde biriken nanomateryallerin gibi) homojen olmayan örneklerin doğru yükseklik ölçümleri nedeniyle bu tür materyal ve ölçme parametrelere bağlı kılcal güçleri ve yapışma gibi etkilerden katkılarıyla genellikle zordur. 19,20 Bu sorunların üstesinden gelmek için, ve aşağıda tarif edildiği gibi bir prosedür olarak adlandırılan basamak yüksekliği analizi geliştirilmiştir tabakaların sayısı açıkça ölçülen AFM kalınlığı dönüştürmek. 12,13,16,21. basamak yüksekliği biliniyorsa Adımlar 3.3.1-3.3.4 atlanabilir.
    1. Açık, doğru ve net bir şekilde ayırt terasları ile nanosheet seçmek için 3.2 açıklandığı gibi AFM Görüntüyü kırpmak.
    2. karşısında yüksekliğini ölçün"Özü" profil aracını kullanarak nanosheet.
      NOT: Uygun profilleri Şekil 2B içerlek biri olarak ayrık adımları göstermektedir.
      1. Bu adımların yüksekliğini kaydedin (yani, nanosheet sonraki bir terastan yükseklik farkı).
    3. Bu adımlardan en az 70 sayın.
    4. Artan sırayla (Şekil 2C) adım yüksekliğini çiziniz.
      NOT: TMDS için belirgin basamak yüksekliği her zaman 1.9 nm ~ bir çoklu olduğunu gözlemleyin.
    5. katman sayısını elde etmek için 1.9 nm (bölüm 3.2'de anlatıldığı gibi ölçülen) belirgin AFM kalınlığı bölün.
      NOT: Diğer malzemeler, farklı bir kalibrasyon gerektiren diğer basamak yüksekliği dönüşüm faktörleri vardır.

Extinction Spectra dayanarak MoS 2 ve WS 2 Boyut ve Kalınlığının 4. Belirlenmesi

  1. Tayf kazancı
    1. saygımdan yüksek konsantrasyon örnekleri sulandırmaktüm spektral aralığında 2'nin altında yokoluşlara elde etmek için orta (burada sulu sodyum kolat, 2 g L -1) A.Ş..
    2. enstrüman ayarlarında 0.5 nm spektral edinimi için artışlarla ayarlamak veya yavaş ya da orta tarama hızını kullanın.
    3. cihaz ayarlarında ayarları "çıkarma temel" i seçin. spektrometrenin numune kompartımanı içinde sulu sodyum kolat çözeltisi içeren küvet kullanır ve ölçümü çalıştırın.
    4. spektrometre sodyum kolat çözeltisi ile küveti çıkarın ve boşaltın. , Numune doldurun spektrometre örnek bölmesine numuneyi yerleştirin ve örnek bir tarama çalıştırın.
  2. yoğunluk oranlarından Uzunluk tespiti
    1. 1. Seçenek: Oku-off yoğunluğu A-eksiton de, Dahili A (~ MoS 2 için 660 nm ve WS 2 620 nm) ve yerel minimum Ext dak (MoS 2 için 345 nm ve WS 295 nm 2). bölmekYerel en az yoğunluğu A-eksiton de yoğunluk yoğunluk oranı Dahili A / Ext dk elde etmek.
    2. denklem 1 kullanılarak ortalama nanosheet uzunluğu, belirleyin.
      figure-protocol-1 (Denk. 1)
      nerede Dahili A / Ext dak A-eksiton (Ext A) ve yerel minimum (Ext dk) nesli yoğunluğu oranıdır.
      NOT: denklem MoS 2 ve WS 2 hem tutar. Bununla birlikte, doğruluğu özellikle küçük nanosheets sınırlıdır.
    3. 2. Seçenek: yelpazenin, Ext Max-HE (MoS 2 için 270 nm ve 2 WS 235 nm) ve yerel minimum, Harici dak (MoS 2 ve 345 nm UV bölgedeki yerel maksimum yoğunluğu oranını belirleme WS 2 için 295 nm)
    4. denklemi 2 ile ortalama nanosheet uzunluğu, belirleyin.
      Denklem 2 (Denk. 2)
      Ext max-HE WS 2 yerel minimumda söndürme yoğunluğu en az yüksek enerji (MoS 2 için 270 nm ve WS 2 235 nm) ve Dahili yerel maksimum (MoS 2 için 345 nm ve 295 nm yoğunluğu gösteren ile ).
      NOT: Seçenek 2 yanal boyutta daha doğru bir ölçüm verir. Bununla birlikte, yüksek enerji bölgesi bütün solventler / yüzey aktif erişilebilir olabilir.
  3. konsantrasyon
    1. Sırasıyla, WS 2 için MoS 2 için 345 nm ve 235 nm dalga boyunda 1 cm yol uzunluğu göreli söndürme yoğunluğu kaydedin.
      NOT: küvetin yol uzunluğu tarafından kaydedilen ölçülen nesli bölün.
    2. Yok oluşu katsayıları ile bu yoğunluk bölün 68 Lg -1 cm-1 MoS 2 ve 47 Lg 345 nm'de 1 cm -1 Nanos elde etmek WS 2 235 nm'degL heet konsantrasyon -1.
  4. A-exciton konumdan kalınlık tespiti
    1. spektrumun ikinci türevini hesaplayınız.
      1. Veri analizi ve grafik yazılımı (örneğin, OriginPro) kullanarak, tükenme yoğunluğunu içeren sütunu seçin. Açılır menüde "matematik" seçin ve "açık iletişim", "ayırt", "analiz" sekmesine tıklayın. Yeni bir pencere açılacaktır. 2 türev sırasını ayarlamak ve Tamam düğmesine basın.
    2. (A-exciton bölgede ~ pencere başına 10-20 puan) Komşu Ortalaması ikinci türevi pürüzsüz.
      1. Örneğin, veri analizi ve grafik yazılımı kullanılarak, ikinci türev spektrumu arsa.
        1. Etkin grafik pencere, "analiz" üzerine tıklayın ve ardından açılır menüden sonra "açık iletişim", "yumuşak", "sinyal işleme" seçin. Yeni bir pencere açılacaktır.
        2. Seçmek4; 20 puan yöntemi yumuşatma ve belirlenen Bitişik ortalamasının ".
        3. Yeni sütunlar olarak görüntülenir Elde edilen yumuşatılmış spektrum çizilir. Gürültü hala yüksek ise, yumuşatma tekrarlayın.
          NOT: Genellikle, spektral yumuşatma ölçüm sırasında yüksek entegrasyon süreleri kullanılmadığı sürece gürültüsünü azaltmak için gereklidir. Uygun yumuşatma veri analizinin önemli bir parçasıdır ve uygun yumuşatma yöntemi istenen sonucuna bağlıdır. Bu özel yumuşatma yöntemi ortalama pik konumunu belirlemek için sadece idealdir. 13
    3. Oku-off ikinci türevinden pik pozisyonu. Bu A-eksiton, λ A dalga boyudur. Alternatif olarak, 4.4.4-4.4.7 açıklanan adımları yürütmek.
    4. ilişkiyi kullanarak enerji dalga boyu x-ekseni dönüştürme:
      E (eV) = 4.135E-6 * 2.997E8 / λ (nm)
    5. Bir Lorentz ikinci türevi ikinci türevi Fitian.
      NOT: Lorentz olarak yazılabilir
      figure-protocol-3 (Denk. 3)
      H yüksekliği olduğu durumlarda, E '0 merkezidir ve w FWHM olduğunu. E verir göre, iki kez Farklılaşan
      figure-protocol-4 (Denk. 4)
      1. veri analizi ve grafik yazılımında, ana menüden "araçlar" ı seçin ve "uydurma fonksiyon oluşturucu" seçeneğini seçin. Yeni bir pencere açılacaktır.
      2. "Yeni bir işlev oluşturmak" seçin, yanındaki tıklayın.
      3. Varsayılan ayarları bırakın fonksiyonu bir ad verin ve bir sonraki tıklayın.
      4. Set "h E w" parametreleri olarak, bir sonraki tıklayın.
      5. Enter "(-8 * h ^ 2 / w) * (1-3 * (2 * (Ex) / a) ^ 2) / (1+ (2 * (Ex) / a) ^ 2) ^ 3" olarak fonksiyon gövdesi, bitirmek tıklayın.
      6. Arsa enerji ölçeğinde ikinci türev spektrumun yalnızca A-exciton bölgesi.
      7. İleGrafik etkin pencere, "analiz" sekmesine tıklayın. Açılır menüden "uydurma", "doğrusal olmayan eğri uyum", "açık iletişim" i seçin. Yeni bir pencere açılacaktır.
      8. kategorisinde "kullanıcı tanımlı" seçin ve işlev kutusunda önceden inşa işlevi seçin. Sekme "parametreleri" WS 2 1.99 w 0.1, ve E için başlangıç değerlerini ayarlamak ve MoS 2 için 1.85. Basın "fit"
    6. A 'A-eksiton, E ile ilişkili enerji 0,' enerji E kaydedin.
    7. Denklemler 5 (MoS 2) ve 6 (WS 2) 'ye göre katman sayısını belirler.
      figure-protocol-5 (Eq. 5, MoS 2)
      figure-protocol-6 (Eq. 6, WS 2)
      λ bir A-excito dalga boyu ifade edenn ve E A-eksiton enerjisini gösteren.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Sıvı kademeli santrifüjleme (Şekil 1), her iki Otoyollarının 2 ve WS 2, Şekil 2'de gösterildiği gibi, boyutları ve kalınlığı sıvı dağılmış nanosheets sıralamak için güçlü bir tekniktir. Nanosheet yanal boyutları ve kalınlıkları sırasıyla istatistiksel TEM ve AFM ile karakterize edilebilir. Tipik AFM görüntüsü Şekil 2A'da gösterilmiştir. Belirgin nanosheet kalınlığı basamak yüksekliği analizi (Şekil 2...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

örnek hazırlama

Burada anlatılan örnekler uç sonication tarafından üretilmektedir. Alternatif eksfoliasyon prosedürler kullanılabilir, ancak farklı konsantrasyonlarda yanal boyutta ve pul pul dökülme dereceleri yol açacaktır. sonication sırasında yüksek genlik ve bakliyat daha uzun sonikatör zarar görmemesi için kaçınılmalıdır. Benzer sonuçlar 500 W işlemciler kullanılarak elde edilmiştir. Ancak, sonikasyon süresi ve genlik Burada sunulan farklı nanosheet boyutlarda ve konsantrasyonlarda neden ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

Bu sonuçlara yol açan araştırma, Avrupa Birliği Yedinci Çerçeve Programı'ndan 604391 No'lu Grafen Amiral Gemisi hibe sözleşmesi kapsamında fon almıştır. C.B., Alman Araştırma Vakfı'na (DFG) BA 4856/2-1 hibesi kapsamında teşekkür eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Öküz ve/veya koyun safrasından elde edilen sodyum kolat hidratSigma AldrichC1254-100GSulu bir çözelti şeklinde stabilizatör olarak kullanılan yüzey aktif madde (yani , tozu milipor suda çözdükten sonra)
MoS< alt >2< / alt> tozSigma Aldrich69860-100GDiğer distribütörler de mevcuttur, ancak pul pul dökülme ve boyut seçiminin sonucu değişebilir
WS2, toz 2 μ mSigma Aldrich243639-50GDiğer distribütörler mevcuttur, ancak pul pul dökülme ve boyut seçiminin sonucu değişebilir
ImageJ YazılımGeliştirici: Ulusal Sağlık Enstitüsü64-bit Java sürüm 2.45 1.6.0_24TEM analizi için kullanılan görüntü işleme yazılımı, ücretsiz indir
Gwyddion YazılımıGeliştirici: Çek Metroloji Enstitüsü64-bit Java sürüm 2.45AFM analizi için kullanılan görüntü işleme yazılımı, ücretsiz indir
Origin Pro YazılımıOriginLabSürüm 2016Sönme spektrumlarının farklılaşması ve takılması gibi veri analizi için kullanılan yazılım
SantrifüjHettichLabMikro 220Rherhangi bir tezgah üstü santrifüj uygundur
Santrifüjleme için Rotor 1HettichRotor 1016< 5.000 x g
Santrifüjleme için Rotor 2HettichRotor 1195-A>5.000 x g
diğer

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Ge i Metali DikalkojenitlerS v EksfoliasyonNano Tabaka Boyutu KontrolKaskad Santrif jlemeAtomik Kuvvet MikroskobisiOptik S n mleme SpektralarTabaka Say s AnaliziProb Sonikasyonustatistiksel Mikroskopince Film Haz rlama
Sıvı dağılmış Geçiş Metal dikalkogenid Kontrollü Boyutu Nanosheets ve Kalınlığının Hazırlanması: Sanat Protokolü Bir Devlet
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.