액체 박리 전이 금속 Dichalcogenide 제어 된 크기와 나노 시트와 두께의 준비 : 예술 프로토콜의 주

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Summary

나노 시트에 적층 물질의 액체 각질 제거를위한 프로토콜은, 현미경 및 분광 기술에 의해 크기 선택 및 크기 측정이 표시됩니다.

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Backes, C., Hanlon, D., Szydlowska, B. M., Harvey, A., Smith, R. J., Higgins, T. M., Coleman, J. N. Preparation of Liquid-exfoliated Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets with Controlled Size and Thickness: A State of the Art Protocol. J. Vis. Exp. (118), e54806, doi:10.3791/54806 (2016).

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Abstract

Introduction

가능성들이 에너지 저장 및 변환 및 플렉시블 (광전자) 전자 제품에서, 복합 재료, 센서 등의 응용 프로그램의 계속 증가하는 범위 유망한 물질하게 액상으로 2 차원 결정을 생성하고 처리 그라 관련한다. 1-6 주문형 가로 크기와 나노 성분의 두께뿐만 아니라, 산업 규모의 인쇄 / 코팅 공정에 대한 의무 제어 유변학 적 및 형태 학적 특성 저렴하고 신뢰할 수있는 기능성 잉크를 필요로 이와 같은 응용 프로그램 내에서 2 차원 나노 물질을 이용합니다. 도 7은 이러한 관점에서 액상 박리 대량의 나노 구조물의 전체 호스트에 대한 액세스를 제공하는 중요한 생산 기술이되었다. 6,8,9이 방법은 액체 계층화 결정의 초음파 또는 전단을 포함한다. 액체가 적절하게 (즉, 적합한 용매 또는 계면 활성제)을 선택한 경우에는 나노 시트의 것재 응집에 대해 tabilized. 다수의 애플리케이션 및 원리 증명 장치는 그러한 기술에 의해 입증되었다. 다수의 계층 상위 결정이 박리되고, 원하는 응용에 맞추어 질 수있는 재료의 폭 넓은 팔레트에 대한 액세스를 제공하는 유사한 방식으로 처리 될 수있는 6은 아마 이러한 전략의 가장 큰 장점은 그 다양성이다.

그러나, 최근의 진전에도 불구하고, (나노 시트의 길이와 두께의 관점에서)으로 인해 이러한 액상 제조 방법으로 얻어진 분산 발생 여전히 고성능 장치의 실현에 병목 현상을 나타낸다. 이는 새롭고 혁신적인 사이즈 선택 기법의 개발은 지금까지 지루한 통계 현미경 (원 자간 력 현미경, AFM 및 / 또는 투과 전자 현미경 TEM)을 이용하여 나노 시트 길이 및 두께 특성을 요구하고있다 주로 때문이다.

이러한 문제에도 불구하고, 세비RAL 원심 분리 기술은 길이 및 두께 정렬을 달성하기 위해보고되었다. 6,10-13 간단한 시나리오에서는 분산 소정의 원심 가속도에서 원심 분리하고, 상등액을 경사 분리되어 분석 균질 원심이다. 원심 분리의 속도는 더 작은 속도 높을 상등액의 나노 시트가있다 크기 컷 - 오프를 설정한다. 그러나,이 기술은 두 가지 큰 단점을 겪고있다; 큰 나노 시트가 선택 될 경우, 우선, 모든 작은 나노 시트는 또한 샘플에 남아있을 것이다 (즉, 분산이 저속으로 원심 분리하고, 상등액을 경사 분리된다). 둘째, 관계없이 원심 속도, 재료의 상당한 비율이 침전물을 낭비하는 경향이있다.

사이즈 선택을위한 다른 전략은 밀도 구배 (또는 밀도 (isopycnic)) 원심 분리한다. 이 경우 11,14이 분산액을 원심 분리 튜브의 공동에 주입밀도 구배 매체를 ntaining. 초 원심 분리 (전형적으로> 20 XG) 중, 밀도 구배를 형성하고, 나노 시트는 부력 밀도 (안정 화제 및 용매를 포함 쉘 밀도) 기울기의 밀도와 일치 원심 포인트로 이동한다. 나노 물질은 또한 (가 주입 위치에 따라)이 과정에서 위쪽으로 이동할 수 있습니다. 이러한 방식으로, 나노 시트 효과적으로 두께보다는 질량 (균일 원심 분리에 반대)으로 분류되어 있습니다. 이 절차는 두께가 나노 시트를 정렬 할 수있는 독특한 기회를 제공하고 있지만, 그것은 주목할만한 단점을 겪고있다. 예를 들어, 수율이 매우 낮으며, 현재 분리 된 나노 시트의 대량 생산을 허용하지 않는다. 이것은 액체 - 박리 후 재고 분산액 단층 낮은 내용에 부분적으로 관련되어 잠재적 미래 박리 과정을 최적화함으로써 개선 될 수있다. 또한, 일반적으로 시간이 많이 소요되는 여러 단계효율적인 사이즈 선택을 달성하기 위해 다수의 반복을 포함하는 초 원심 분리 공정. 또한, 무기 나노 물질의 경우는 필요한 부력 밀도를 얻기 위해 고분자 안정화 된 분산액에 한정되고, 분산 기울기 매체는 처리를 방해 할 수있다.

절차 우리 용어 액체 캐스케이드 원심 분리 (LCC)의 흥미로운 대안을 제공하는 우리는 최근에 보여 주었다 13 우리 것이 원고의 세부 사항입니다. 이는 원하는 결과에 따라 설계 될 매우 다양한 여러 캐스케이드를 허용하는 다단계 과정이다. 이 과정을 설명하기 위해, 표준 캐스케이드는 그림 1에서 묘사하고 각각의 마지막보다 더 높은 속도를 제공함으로써 다수의 원심 분리 단계를 포함한다. 각 단계 후, 침전물이 유지되고, 상청액 후 진행 단계에서 사용된다. 그 결과, 각각의 침전물을 소정의 나노 시트를 포함속도가 다른 두 회 원심 사이에 "갇혀"한 크기 범위; 높은 속도 상등액으로 작은 나노 시트를 제거하는 동안 하나의 하부는 이전에 퇴적물 큰 나노 시트를 제거하는 단계를 포함한다. LCC에 중요한, 얻어진 침전물 (이 경우는 0.1 g의 L-1로 낮은 SC 농도에서) 수성 나트륨 콜레이트의 H 2 O-SC되는 각 매체에 약한 초음파 처리하여 완전히 재 분산 될 수있다. 그 결과 거의 모든 선택 농도의 분산이다. 중요한 것은, 사실상 물질은 크기가 선택한 나노 시트의 비교적 큰 질량의 수집 결과, LCC 낭비된다. 여기에 도시 된 바와 같이, 우리는 MOS (2) 및 WS 2뿐만 아니라 가스, 15 블랙 인 (16)와 용매 및 계면 활성제 시스템 모두에서 그래 핀 (17)을 포함하여 액체 박리 나노 시트의 수에이 절차를 적용했습니다.

이 독특한 원심 분리 procedur전자 액체 박리 나노 시트의 효율적인 크기 선택이 가능하며 이후 크기와 두께 결정의 측면에서 상당한 발전을 사용할 수있다. 특히,이 방법을 통해 우리는 나노 시트의 광학 멸종 (흡광도) 스펙트럼은 모두 나노 시트의 기능으로 체계적으로 변경 치수 및 나노 시트 두께를 측 방향의 것을 이전에 보여 주었다. 우리는 여기에 요약 된 바와 같이, 이것은 우리 나노 시트 에지 효과의 결과로 평균 나노 시트 길이에 나노 시트 스펙트럼 프로파일 (흡광 스펙트럼의 두 위치에서 특히 강도 비)를 연결할 수있다. 12,13 중요한 같은 식 MOS 2 WS (2)의 크기를 정량화 할 수있다. 더욱이, 우리는 A-여기자 위치 의한 구속 효과를 의미 나노 시트 두께의 함수로서 낮은 파장쪽으로 이동을 보여준다. 심지어 각질 제거뿐만 아니라 크기 선택과 결정하지만 일반적으로 오히려 강탈에UST 절차, 정량적 결과는 프로토콜의 미묘한 차이에 따라 달라집니다. 그러나, 특히 필드 이민자를 들어, 대부분의 관련이있는 공정 파라미터 판단하기 어렵다. 이 논문의 실험 부분 만 절차를 수정하거나 프로토콜 뒤에 합리적 테이션 결과가 예상 될 어떤 논의없이 거친 프로토콜을 제공한다는 사실을 내린다. 이 기여, 우리는이 문제를 해결뿐만 아니라 통계 현미경 또는 멸종 스펙트럼 분석 중 하나에 의해 크기의 정확한 결정 제어 크기의 액체 박리 나노 시트의 생산과에 대한 자세한 안내와 설명을 제공 할 계획입니다. 우리는이 재현성을 개선하기 위해 도움이 될 것으로 확신하고이 연구 지역의 다른 experimentalists위한 유용한 가이드가 될 것입니다 바랍니다.

그림 1
Figu1 재 : 액체 다단 원심 분리에 의한 사이즈 선택의 도식. 크기 선택 나노 시트는 퇴적물로 수집된다. 각각의 침전물을 수집 또는 두 개의 원심 분리 속도 (ω) 낮은 속도에서 시작 단계 단계에서 높은 사람에게가는 사이에 '갇혀'입니다. 마지막으로 원심 분리 단계 이후 폐기 뜨는 매우 작은 나노 시트를 포함하는 동안 첫 번째 원심 분리 후 폐기 침전물 unexfoliated 계층 결정자가 포함되어 있습니다. 사이즈 선택 분산액 ​​감소 된 볼륨으로 동일한 배지 (여기서 수성 계면 활성제 용액)에 수집 된 침전물을 다시 분산시켜 제조된다. (13)의 허가를 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Protocol

1. 액체 각질 제거 - 적합한 주식 분산의 제조

  1. 얼음 욕조에서 sonotrode 아래에 금속 컵을 탑재합니다.
  2. 금속 컵 소듐 콜레이트 (SC), 계면 활성제 (소듐 콜레이트 농도 C SC = 6 g의 L-1)의 80 mL의 수용액 TMD 분말 1.6 g을 담근다.
  3. 금속 컵의 바닥에 소닉 팁을 이동 한 다음 ~ 1cm에 의해입니다. 유출을 방지하기 위해 초음파 프로브 주위에 알루미늄 호일을 감싸.
  4. 60 %의 진폭 (■ 6 및 2 초 오프의 펄스)에서 1 시간 동안 고체 일자 팁 (750 W 프로세서)를 이용하여 가열을 방지하여 초음파 프로브 빙냉하에, 혼합물을 초음파 처리.
  5. 1.5 시간 동안 2660 × g으로 원심 분리의 속도로 분산액을 원심 분리기. 불순물을 함유 뜨는을 취소하고 80 mL의 신선한 계면 활성제 용액의 침전물 (C SC = 2g의 L-1)를 수집합니다.
    참고 : 최대 10cm의 원심 분리기 튜브에 최대 충전 높이를 사용합니다. 인접rwise, 원심 분리 시간을 증가시킨다.
  6. 초음파 이상 60 % 진폭 빙냉하에 (S 6 및 2 초 오프의 펄스)에서 5 시간 동안 고체 납작한 팁을 사용하여 두번째로 분산 대상. 초음파를 일시 중지하는 동안 얼음 목욕마다 2 시간을 교체합니다.

액체 캐스케이드 원심 분리 2. 나노 시트 크기 선택

참고 : 크기, 순차적으로 원심 가속도를 증가 액체 캐스케이드 원심 분리하여 나노 시트를 선택하려면 (그림 1)에 적용된다. 다음 절차 TMDS 경우의 캐스케이드 표준 사이즈 선택 권장된다. 다른 물질에 대한 원심 분리 속도가 조정될 필요가있다.

  1. 240 XG (1.5 krpm), 2 시간에서 원심 분리하여 unexfoliated 분말을 제거합니다. 침전물을 폐기하십시오.
  2. 높은 원심 가속도에 뜨는을 원심 분리기 : 425 XG (2 krpm), 2 시간. 감소 된 부피 (3-8 ㎖)에서 신선한 계면 활성제의 침전물을 수집합니다.
  3. 원심 분리기더 높은 원심 가속도 상등액 950 XG (3 krpm), 2H. 감소 된 부피 (3-8 ㎖)에서 신선한 계면 활성제의 침전물을 수집합니다.
  4. 다음 원심 가속도로이 절차를 반복 : 1,700 XG (4 krpm), 2,650 XG (5 krpm), 3,500 XG (6 krpm), 5,500 XG (7.5 krpm), 및 9,750 XG (10 krpm을).

통계 현미경으로 나노 시트 크기와 두께 3. 결정

참고 : 분광 측정 이미 사용할 수있는 경우 (3) 생략 또는 축소, 즉, 모든 샘플에 대해 수행 할 수는 없습니다.

  1. 길이 : 투과 전자 현미경 (TEM)
    1. 침적
      1. 물 고농도 분산액을 희석하여가 색 빛이되도록 (계면 활성제의 농도를 감소하기 위해). 드롭 초과 용매를 멀리 심지하는 필터 멤브레인에 배치 (예 : 구멍 투성이의 탄소, 400 메쉬) 그리드에 캐스팅.
    2. 영상
      1. 녹음 여러 IMAG그리드에 다른 위치에 말이지. 나노 시트의 크기에 따라 시야를 조정합니다. 포괄적 인 TEM 영상 자습서를 참조 (18)를 참조하십시오.
    3. 길이 통계 분석을 사용하여 수행 ImageJ에
      1. 는 ImageJ에 소프트웨어를 열고 "파일"메뉴와 "개방"이미지를 통해 관련 TEM 이미지를 선택합니다. 이미지가 새 창에서 열립니다.
      2. 은 "분석"탭을 클릭합니다. 드롭 다운 메뉴에서 "설정 규모"를 선택합니다. 새 창이 열립니다. "스케일 제거"를 클릭 "글로벌"에 체크하고 "확인"을 클릭합니다.
      3. 은 "라인"도구를 선택합니다. TEM에 화상의 스케일 바의 길이를 따라서 라인 프로파일을 그린다.
      4. "분석"을 클릭합니다. 드롭 다운 메뉴에서 "설정 규모"를 선택합니다. "알려진 거리"상자에 나노에서 스케일 바의 길이를 입력하고 "확인"을 클릭합니다.
        참고 : 눈금 표시 줄에 그려진 라인의 거리를 픽셀 단위로 표시됩니다. 은 "라인"도구를 선택하고 나노 시트의 긴 축 라인 프로파일을 그림으로써 나노 시트의 길이를 측정한다.
      5. 보도는 "컨트롤 + M은"측정합니다. "결과"이라는 새로운 상자는 "길이"란에 표시되는 나노 시트의 길이 열립니다.
      6. 이미지의 모든 개별적으로 증착 된 나노 시트 (안 집계 사람) 단계를 반복 3.1.3.6.
      7. 새 이미지를 열 때, 반복 3.1.3.3- 3.1.3.7 단계를 반복합니다. 150 나노 시트의 길이를 계산합니다.
        주 : 모든 나노 시트 길이 데이터는 "결과"창에서 컴파일되어 추가 처리를위한 다른 프로그램에 복사 할 수있다.
  2. 두께 : 원 자간 력 현미경 (AFM)
    1. 인간의 눈에 거의 투명한되도록 분산액을 희석 (의 흡광 강도에 대응하는 이상적인 ~ 400 nm에서 0.2 내지 1 cm 당에 경로 길이). 계면 활성제 분산액의 경우 계면 활성제없는 물로 희석한다.
    2. 하락-예열 웨이퍼에 캐스팅. 수계 분산 체를 들면, 핫 플레이트 예금 0.5 × 0.5 cm (2) 웨이퍼 당 10 μL의 웨이퍼 ~ 170 ℃ 가열한다.
    3. 잔류 계면 활성제 및 기타 불순물을 제거하기 위해 충분히 물 5 ㎖ 및 2- 프로판올 3ml를 최소로 웨이퍼를 헹군다.
    4. 스캔 모드 탭에서 AFM과 샘플을 통해 여러 개의 이미지를 저장합니다. 작은 나노 시트의 경우 최대 2 × 2 μm의 2의 이미지와 이미지 크기 당 512 라인의 해상도를 사용합니다. 큰 나노 시트를 포함하는 샘플은 최대 8 × 8 μm의 2보기의 필드를 증가시킨다. 적절한 (일반적으로 0.4-0.7 Hz에서)로 스캔 속도를 사용합니다. 또한, 높은 해상도로 더 큰 영역을 검사합니다.
    5. Gwyddion 소프트웨어를 사용하여 두께 측정
      1. 소프트웨어를 열고 "파일"과 "열기"를 통해 관련 AFM 이미지를 선택합니다. 이미지가 새 창에서 열립니다.
      2. 평균면 SU하여 "레벨 데이터를 사용하여 배경을 정정btraction ""행을 정렬 "과"올바른 수평 흉터를 "홈 메뉴의"데이터 처리 "절에서. 보정을 적용 범례를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 더 나은 대비를 이미지 색상을 변경 0으로 Z 평면을 설정합니다.
      3. (편리한 경우) 선택의 영역으로 확대합니다. 홈 메뉴에서 "자르기"도구를 클릭합니다. 선택의 영역을 표시하는 이미지 위에 커서를 끕니다. 눌러 "적용". 새 창에서 선택한 영역을 열려면 "새로 만든 채널"을 확인하십시오.
      4. 도구 메뉴에서 "추출 프로파일"을 선택합니다. 새 창이 열립니다.
      5. 나노 시트에서 선을 그립니다. 테이블의 두께를 기록합니다. 비 - 균일 두께의 나노 시트의 경우, 나노 시트 전체 두께의 평균. 만 개별적으로 증착 집계되지 않은 나노 시트를 측정하기 위해 세심한주의를 기울입니다.
      6. 이미지에있는 모든 나노 시트에 대한 3.2.5.3-3.2.5.5를 반복합니다.
      7. 모든 이미지 3.2.5.1-3.2.5.6를 반복기록 s의. 최소 150 나노 시트를 계산합니다.
  3. 층 번호 AFM 두께 변환
    참고 : 액체 박리 된 나노 물질에서 명백한 AFM 높이 일반적으로 인해 잔류 용매의 존재를 과대 평가된다. 뿐만 아니라, AFM을 이용하여 (예를 들면 기판 상에 증착 된 나노 물질과 같은) 불균일 샘플의 정확한 높이를 측정 인해 이러한 재료 및 측정 파라미터들에 의존하는 모세관 힘과의 밀착성 등의 효과의 기여 일반적 도전이다. 19, 20은 이러한 문제점을 극복하고, 다음에 설명 된 절차를 지칭 단차 분석 개발 된 층의 수에 겉보기 측정 AFM 두께 변환. 12,13,16,21. 단차가 알려진 경우 단계 3.3.1-3.3.4 생략 될 수있다.
    1. 열기, 정확하고 명확하게 식별 할 수있는 테라스와 나노 시트를 선택합니다 3.2에 설명 된대로 AFM 이미지를 자릅니다.
    2. 가로 지르는 높이를 측정은 "추출"프로필 도구를 사용하여 나노 시트.
      참고 : 적합한 프로파일도 2b 인세의 하나로서 개별 단계를 보여줍니다.
      1. 이 단계의 높이를 기록 (즉, 나노 시트의 다음 하나 테라스에서 높이 차이).
    3. 다음 단계 중 적어도 70를 계산합니다.
    4. 승순 (도 2C)의 단차 플롯.
      주 : TMDS 대한 겉보기 단차가 항상 1.9 내지 ~의 배수 인 것을 관찰한다.
    5. 레이어 번호를 얻기 위해 1.9 nm의에 의해 (3.2 절에 설명 된대로 측정) 명백한 AFM 두께를 나눈다.
      주 : 다른 재료가 다른 교정을 필요로하는 다른 단차 변환 계수를 갖는다.

멸종 스펙트럼을 바탕으로 MOS (2) 및 WS 2 크기와 두께 4. 결정

  1. 스펙트럼 획득
    1. respecti으로 고농도 샘플 희석전체 스펙트럼 범위에 걸쳐 2 이하 멸종을 산출하는 매체 (여기 수성 나트륨 콜레이트, 2g의 L-1)을했습니다.
    2. 기기 설정에서 0.5 nm의 스펙트럼 획득을위한 단위를 설정하거나 속도가 느리거나 중간 스캔 속도를 사용합니다.
    3. 기기 설정에서 설정 "빼기 기준"을 선택합니다. 분광계 샘플 구획 ​​수성 소듐 콜레이트 용액을 함유하는 큐벳을 놓고 측정을 실행.
    4. 분광계에서 나트륨 콜레이트 솔루션 큐벳을 제거하고 빈. 샘플을 작성 분광계의 샘플 실에서 샘플을 배치하고 샘플의 검사를 실행합니다.
  2. 강도 비로부터 길이 결정
    1. 옵션 1 : 읽기 - 오프 강도를 A-여기자에, 내선 A (~ MOS 2 660 nm의 WS 2 620 ㎚) 및 로컬 최소 내선 (MOS 2 345 nm의 WS에 대한 295 nm의 2). 분할로컬 최소 강도에 의해 A-여기자의 강도는 강도 비 내선 A / 내선 분을 얻었다.
    2. 식 1을 사용하여 나노 시트의 평균 길이, <L>을 결정한다.
      식 (1) (식. 1)
      여기서 외장 A / 내선 분의 A-여기자 (EXT A)와 극소 (EXT 분)의 흡광 강도의 비율이다.
      참고 :이 방정식은 MOS (2) 및 WS 2 모두 보유하고있다. 그러나, 그 정확도는 특히 작은 나노 시트에 대한 제한됩니다.
    3. 옵션 2 : 스펙트럼 내선 최대-HE (MOS이 270 nm이고, 2 WS 235 ㎚) 및 극소, 내선 (MOS (2) 및 345 nm 인 UV 영역의 로컬 최대의 강도 비율을 결정 WS 2 295 ㎚)
    4. 수학 식 2를 이용하여 나노 시트의 평균 길이, <L>을 결정한다.
      "식 내선 최대가-HE는 WS 2의 로컬 최소한 멸종 강도 고 에너지 (MOS 2 270 nm의 WS 2 235 ㎚) 및 내선에서 로컬 최대 (MOS이 345 내지 295 nm의 강도를 나타내는 함께 ).
      주 : 옵션 2는 가로 치수보다 정확한 측정 값을 제공한다. 그러나, 고 에너지 영역은 모든 용매 / 계면 활성제에 액세스 할 수 없습니다.
  3. 집중
    1. 각각 WS 2 MOS 2 345 nm에서 235 nm에서 1cm의 경로 길이를 기준으로 멸종 강도를 기록한다.
      참고 : 큐벳의 경로 길이에 의해 기록 된 측정 멸종을 나눈다.
    2. 의 흡광 계수하여 강도를 나눈다 (68) LG 전자 -1 cm -1 모스 2 47 LG 전자 345 nm에서 -1 cm -1 나노를 얻기 위해 WS 2 235 nm에서GL에서 heet 농도 -1.
  4. A-여기자 위치에서 두께 결정
    1. 스펙트럼의 이차 미분을 계산한다.
      1. 데이터 분석 및 그래프 소프트웨어 (예 OriginPro의)을 사용하여 흡광 강도를 함유하는 칼럼을 선택한다. 드롭 다운 메뉴에서 "수학"을 선택하고, "열려있는 대화"를 "구분"은 "분석"탭을 클릭합니다. 새 창이 열립니다. 2 미분 순서를 설정하고 확인을 누릅니다.
    2. (A-여기자 지역에서 ~ 창 당 10 ~ 20 점) 인접 평균화에 의해 제 2 유도체를 부드럽게.
      1. 예를 들면, 데이터 분석 및 그래프 소프트웨어를 사용하여 이차 미분 스펙트럼 플롯.
        1. 활성 그래픽 창으로, "분석"을 클릭 한 다음 드롭 다운 메뉴에서 다음 "열려있는 대화"를 "부드럽게", "신호 처리"를 선택합니다. 새 창이 열립니다.
        2. 고르다4; 20 점을 방법을 부드럽게하고 설정 등 인접 평균화 ".
        3. 새로운 열로 표시되는 결과 부드럽게 스펙트럼 플롯. 노이즈가 여전히 높다면, 평활화를 반복한다.
          주 : 일반적으로, 스펙트럼 평활화 측정시 높은 통합 시간을 사용하지 않는 잡음을 줄이기 위해 필요하다. 적절한 평활화는 데이터 분석에 중요한 부분을 적절한 스무딩 방법은 목적하는 결과에 따라 달라진다. 이 특정 스무딩 방법은 평균 피크 위치를 결정하기 만 적합하다. (13)
    3. 읽기 오프 번째 도함수에서 피크 위치. 이것은 A-여기자, λ (A)의 파장이다. 대안 적으로, 4.4.4-4.4.7에서 설명한 단계를 수행한다.
    4. 관계식을 이용하여 에너지의 파장에서 X 축 변환 :
      E (EV) = 4.135E-6 * 2.997E8 / λ (㎚)
    5. 로렌츠의 초 미분에 초 미분 맞는이안.
      주 : 로렌츠 같이 작성 될 수있다
      식 (3) (식. 3)
      h는 높이이고, E '0 중심이고 w는 FWHM이다. E가 제공에 대해 두 번 차별화
      식 (4) (식. 4)
      1. 데이터 분석 및 그래프 소프트웨어에서 메인 메뉴에서 "도구"를 선택하고 "피팅 함수 빌더"를 선택합니다. 새 창이 열립니다.
      2. "새 함수를 작성"을 선택, 다음을 클릭합니다.
      3. 기본 설정을 그대로두고 함수 이름을 지정하고 다음을 클릭합니다.
      4. 설정 "H, E, W"매개 변수로, 다음을 클릭합니다.
      5. 입력 "(-8 * 시간 ^ 2 / w) * (1-3 * (2 * (예) / w) ^ 2) / (1 + (2 * (예) / w) ^ 2) ^ 3"로 함수 본문은, 마침을 클릭합니다.
      6. 플롯 에너지 척도 이차 미분 스펙트럼 만 A-여기자 영역.
      7. 와 더불어그래픽은 활성 창에서 "분석"탭을 클릭합니다. 드롭 다운 메뉴에서 "맞춤", "비선형 곡선 맞춤", "열려있는 대화"를 선택합니다. 새 창이 열립니다.
      8. 카테고리에서 "정의 된 사용자"를 선택하고 함수 상자에서 이전에 내장 된 기능을 선택합니다. 탭 "매개 변수"에서 WS 2 1.99에 w 0.1, 및 E의 초기 값을 설정 및 MOS 2 1.85. 보도는 "적합"
    6. A '는 A-여기자, E와 관련된 에너지는 0,'에너지 E를 기록합니다.
    7. 식 (5) (MOS 2), 6 (WS 2)에 따라 층의 수를 결정합니다.
      식 (5) (식. 5, MOS 2)
      식 (6) (식. 6, WS 2)
      λ A를 가진 A-excito의 파장을 나타내는n 및 E A는 A-여기자의 에너지를 나타내는.

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Representative Results

액체 캐스케이드 원심 분리 (그림 1)는 모두 MOS 2, WS 2도 2에 도시 된 바와 같이 크기와 두께로 액체 박리 된 나노 시트를 정렬 할 수있는 강력한 기술이다. 나노 시트 폭 크기와 두께를 각각 통계 TEM 및 AFM에 의해 특성화 될 수있다. 대표적인 AFM 화상은도 2a에 도시된다. 겉보기 나노 시트 두께 단차 분석 (도 2B와 C)를 사용하여 참조 레이어 변환된다. 각각 그림 2D와 E에 제시된 층의 통계 현미경 분석 수익률 길이와 개수는 히스토그램. LCC에서 생산 분획 다양한 개수 이상이 분석 크기 선택 프로세스를 특성화하기 위해 사용된다. 그림 2 층과 G에서 평균 나노 시트의 길이와 레이어 수는 센트의 함수로 도시된다LCC의 RAL 가속. 유사한 경향은 두 MOS 2 WS이 관찰된다. 모두 각질 제거 및 크기 선택에 더 통찰력을 얻으려면, 길이는 작고 얇은 나노 시트가 큰, 두꺼운 사람에서 분리되어 있는지 확인하는 잘 정의 된 관계를 보여주는 그림 하반기 나노 시트 층 수의 함수로 그려집니다.

현미경 통계 사이즈 선택 프로세스를 특성화하기위한 중요한 기초 되더라도 그들이 매우 시간 소모적이라는 단점을 겪는다. 대안 적으로, 광학 흡광 스펙트럼의 길이와 두께가 모두를 정량화하는데 사용될 수있다. 이는도 3에 도시되어있다. 도 3aC는 서로 다른 평균 나노 시트의 크기 및 두께가 MOS 2 (A) 및 WS 2 (C)의 광학 흡광 스펙트럼을 나타낸다. 도 3B와 D는 공동 보여전이의 잘 정의 된 피크의 변화를 나타내는 두 재료의 A-여기자 영역 끼워 초 유도체 rresponding.

스펙트럼의 변화를 표현하는 하나의 방법은 고정 된 위치에서 스펙트럼의 피크 강도 비를 통해이다. 이들은주의 선택한 경우도 3e, F에 도시 된 바와 같이, 이들은 평균 나노 시트 길이에 관련 될 수있다. 적절한 피크 위치가 선택되는 경우, 흥미롭게도, MOS 2 WS 2 데이터가 동일한 곡선 축소. 예를 들면, 극소 내선 A / 내선 분에 걸쳐 A-여기자의 피크 강도는 극소 외장 된 Max 통해 고 에너지 최대 두 재료 (도 3E)에 대해 동일 흐름뿐만 아니라, 피크 강도 비를 수행 HE / 내선 (그림 3 층). 이 두 물질의 나노 시트 크기를 정량적 통해 나노 시트 길이에 연결될 수 있다는 것을 의미 m> 동일한 식 (식. 1, 2). 스펙트럼 형태의 변화로 인해 멸종 계수는 나노 시트의 크기에 따라 달라집니다. 이 스펙트럼 위치에 따라 다소 심각하다. 도 3G 플롯 예를 들어, 두 물질에 대한 A-여기자의 흡광 계수는 길이 강하게 의존한다. 그러나,이 MOS이 345 nm이고, 이들 스펙트럼의 위치에서의 흡광 계수 크기의 다양한 범위의 나노 시트의 농도 상당히 강력한 수단으로 사용할 수 있도록하는 것이 WS이 235 nm에서의 경우가 아니다. 또한 흡광 스펙트럼 만 나노 시트 폭 크기 통찰력 분산 농도, 또한 나노 시트 두께를 제공하지 않는다. 층의 수 정량도 3H로 플롯 (이차 미분의 분석으로부터 수득)를 A-여기자의 피크 위치 / 에너지 관련 될 수있다.

"> 그림 2
그림 2 : 크기 결정 및 MOS (2) 및 WS 2의 LCC 사이즈 선택의 결과입니다. A) 두 차원 (상단에 개별적으로 증착 된 나노 시트의 대표적인 AFM 이미지) 및 3 차원 (아래)보기. 이미지, 나노 시트의 길이, L 및 명백한 AFM 높이, 즉 두께에서 t가 결정된다. 비균질 박리 나노 시트에서 B) 이미지 (삽입) 및 라인 프로필. 나노 시트에 테라스와 관련된 단계가 명확하게 식별 할 수 있습니다. C) 등의 B에서와 같이 나노 시트 단차 오름차순 플롯. 두 MOS 2 WS 2이 항상 1.9 nm의 배수이다. 이는 하나의 층은 1.9 나노 미터의 겉보기 AFM의 두께를 갖는 것을 의미한다. 통계 TEM의 대표 샘플의 나노 시트의 길이 D) 히스토그램. 층, N의 E) 수 N의 샘플들의 히스토그램은 1.9 나노 미터의 단차에 의해 겉보기 두께를 나눔으로써 결정되었다. F는 G) 평균 나노 시트 길이 <L> (F) 및 레이어 <N> (G의 수)는 LCC 중앙 RCF의 함수로서 플롯. 대 두께의 함수로서 나노 시트 길이 H) 플롯 크기 선택 MOS 2 WS 2. 12, 13의 허가 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3 : 멸종 스펙트럼 및 분광 크기 및 두께 측정. LCC의 A, C) 광학 흡광 스펙트럼 MOS 2 (A) 및 WS 2 (C 분리 B는 A-여기자의 D) 번째 유도체 인접 평균화 이차 미분 평활화 후에 MOS 2 (B)와 WS 2 (D)의 에너지에 대해 그려. 실선은 피크 위치 / 에너지를 평가하는 로렌츠의 초 미분에 적합하다. E, F)의 평균 나노 시트 길이 <L>의 함수로서 피크 강도 비의 플롯. MOS 2 WS 2 데이터는 동일한 곡선에 빠진다. 따라서, 동일한 방정식 나노 시트 길이를 정량화하는데 사용될 수있다. E)를 A-여기자 / 극소의 피크 강도 비의 플롯. <L> 식 1 F) 고 에너지의 최대 / 최소 로컬 피크 강도 비의 플롯에 따라 결정될 수있다. <L> DIF에서 수학 식 2 G) 흡광 계수에 따라 결정될 수있다나노 시트 길이의 함수로서 스펙트럼 위치를 ferent. 기타 (MOS이 345 nm 내지 WS이 235 ㎚)에서 그렇지 않은 상태 (예 : A-여기자와 같은) 일부 분광 위치, 흡광 계수가 매우 크기에 의존한다. H) 두 번째 파생 상품 A-여기자 피크 에너지 (플롯)가 <N> 레이어 번호의 함수로 꾸몄다. 계층 번호는 12, 13의 허가 적응 식 5 및 6에 따라 결정될 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

샘플 준비

여기에 설명 된 샘플을 팁 초음파 처리하여 제조된다. 대안 박리 절차가 사용될 수 있지만, 다른 농도, 가로 크기 및 박리 각도로 이어질 것이다. 초음파 동안 높은 진폭 및 펄스에 이상이 소니 케이의 손상을 방지하기 위해 피해야한다. 유사한 결과는 500 W 프로세서를 사용하여 수득 하였다. 그러나, 초음파 시간 및 진폭은 여기에 제시된 것과 다른 나노 시트의 크기와 농도가 발생할 수 있습니다이 프로토콜의 나노 시트 박리 및 변형에 영향을 미친다. 우리는 가열 손상 및 나노 시트 저하 얻어진 재료의 결과 광학 특성이 저하 수 냉각, 초음파 분해 중에 중요한 것을 강조한다. TMD 분말의 높은 초기 농도는 여기에 의한 것 이상으로 나노 시트의 농도를 증가 할 수 있지만,이 선형 적으로 발생하지 않습니다. 팁 초음파를 들어, 분산 된 코ncentration는 일반적으로 30 ~ 40 GL의 초기 TMD 농도를 넘어 포화 -1.

선택된 사이즈 선택 캐스케이드는 원하는 결과에 맞도록 쉽게 변형 될 수있다. 특정 크기 대상으로하는 경우 다른 분수의 넓은 크기 범위의 크기와 두께는, 원심 분리 단계를 건너 뛸 수 있습니다 나노 시트이 특정 절차 수익률 동안. 중간 크기의 나노 시트가 요구되는 경우, 예를 들어, 샘플은 두 개의 다른 원심 가속도에서 원심 분리하고, 침전물이 재 분산 될 수있다. 대안 적으로,보다 복잡한 캐스케이드는 단층 농축 (상기 설명 13 참조)를 달성하기 위해 적용될 수있다. 고농도 샘플을 재 분산하는 능력과 함께 이러한 유연성은 다른 크기 선택 프로토콜을 통해 LCC의 독특한 이점이다.

이 프로토콜에 대한 <10cm의 원심 분리기 튜브에 채워 높이를 사용하는 것이 좋습니다. 큰 FIL 경우바이알의 링 높이는 원심 분리 시간은 유사한 결과를 얻기 위해 증가 될 필요가 사용된다. 침전물은 항상 펠렛 같은해야 효율적인 크기 선택 조심스럽게 완전히 경사 뜨는합니다. 침전물이 펠릿 형상이 아닌 경우, 원심 분리 시간을 증가시킬 필요가있다. 높은 온도 (또한 원심 분리시) 피해야 샘플 최적 제조 후 재료 열화를 최소화하기 위해 냉장 보관한다. 원심 분리가 낮은 온도에서 수행되는 경우, 침전이 느린 원심 분리 시간은 조정할 필요가있다. 다른 원심 분리기와 회 전자 형상이 도시 대표 데이터의 길이와 두께 편차가 발생할 수 있습니다. 그러나, 이러한 미묘한 불구하고, 일반적으로, 사이즈 선택 절차는 견고하고 용매뿐만 아니라 계면 활성제에 다양한 물질에 적용될 수있다. 높은 가속도에서 원심 분리 후 최종 상등액은 일반적으로 폐기된다그것은 단지 가장자리에 의해 지배 특성을 가진 매우 작은 (<30 nm의) 나노 시트가 포함되어있다. 사이즈 선택 방식은 임의의 벤치 탑 원심 분리기에서 수행 될 수있다 (예., 어떤 초 원심 분리기는 밀도 구배 원심 분리에 대향 필요하지 않다). 여기에, 모든 회 원심은 220R 원심 분리기를 사용하여 각 단계에서 2 시간 동안 15 ° C에서 수행 하였다 (자료 목록 참조). 두 개의 다른 로터를 사용 하였다; 원심 분리 속도 (krpm)에서 F는 RCF = 106.4 F (2)를 통해 원심력에 관련된다 3500 XG ≤ 속도를 고정 된 앵글 로터를 사용 하였다.경우, ~ 10 ㎖ 분취 량을 함유하는 28 mL 유리 바이알 = 높이 10cm 충전 사용 하였다. 1.5 mL의 플라스틱이 F가 RCF = 97.4 F (2)를 통해 원심력 관련된 고정 된 로터 각도에서 튜브를 원심 분리에 속도> 3500 XG를 들어, 샘플을 원심 분리 하였다.

나노 시트 길이의 분석을 위해, TEM을 권장합니다주사 전자 현미경에 비해 더 높은 해상도 및 AFM에 비하여 더 높은 스루풋으로 인해 분석 도구로. 또한, AFM은 가로 크기는 전형적으로 팁의 폭이 넓어과 레이션 (pixilation)을 과대 평가하는 단점이있다. 심지어 200 kV의 가속 전압을 갖는 임의의 종래의 TEM을 사용할 수있다. 이 경우, 이미징 구멍 투성이 카본 그리드 (400 메쉬)상에서 수행 하였다. 매우 작은 나노 시트를 들어, 연속 필름 그리드 도움이 될 수 있지만 필요하지 않습니다. 차례로, AFM은 나노 시트 층의 수를 결정하는 분석 도구로 추천합니다. 나노 시트가 각각의 나노 시트 여러 영역의 평균 두께를 결정하기 위해 검사 될 필요가 있음을 필요로 에지를 향해 얇아 짐으로 에지 카운트함으로써 TEM 두께 판정이 문제가 될 수 있기 때문이다. 측정 된 두께를 용이하게 불균일 나노 시트 위에 평균화로 AFM을 사용할 때 훨씬 덜 문제가된다. AFM 분석을 위해 그것을 다시 AGG을 방지하는 것이 특히 중요용매 증발 동안 웨이퍼상의 나노 시트 regation. 이를 방지하기 위해, 상기 분산액 드롭 캐스팅 예열 웨이퍼 상 것이 좋다. 물 캐리어 즉시 증발 거품은 낮은 온도에서 웨이퍼에 캐스팅 드롭에 비해보다 균일 한 증착의 결과로 형성된다. 나노 스케일 객체가 파란색 점으로 광학 현미경 / 광학 줌으로 볼 수있는 바와 같이시 / 그런가 200 ~ 300 nm의 산화물 층과 2 웨이퍼를 사용하는 것이 좋습니다. (22)이 영상에 대한 관심의 영역을 할당 할 수있는 유용한 가이드입니다. 시야는 나노 시트의 크기에 따라 조정되어야한다. 여기에 제시된 데이터의 경우, AFM이 태핑 모드에서 13 μm의 스캐너에 대해 수행 하였다. 일반적인 이미지 크기는 2 × 2 μm의 2에서 이미지 당 512 라인 0.4-0.7 Hz에서의 스캔 속도에서 더 큰 나노 시트 8 × 8 μm의 2 최대였다. 이와 달리, (높은 해상도로 특정 AFM 스캐너 큰 영역의 주사에 따라 2가 편리 할 수 있습니다. 일반적인 이미지는도 2A, B에 나타낸다. 잔류 계면 활성제는 특히 계면 활성제와 구별하기가 더 어렵다 매우 작은 나노 시트의 두께 측정은 매우 지루한 수 있습니다. 그들은 일반적으로 서로 다른 재료 사이의 좋은 대조를 줄이 경우, 위상 이미지는 가이드를 제공 할 수있다. 잔류 계면 활성제와 문제가 지속되면, 웨이퍼는 웨이퍼에 나노 시트의 큰 손실없이 물 하룻밤에 배어 수 있습니다.

이러한 적은 다 분산 될 경향이 일반적으로 이하 150-200 나노 시트를 카운트하면, 작은 평균 크기를 갖는 시료에 충분할 수있다. 비 둘레 선택된 스톡 분산 분석 인 경우에는 적어도 200 나노 시트를 기록 할 것을 권장한다. 용매 대신 계면 활성제 / 물 용액의 과정에서 사용하는 경우, 분산액은 각각의 프리 오 용제로 희석 할 필요r은 증착한다. 주의를 분별하기가 더 쉽습니다 큰 나노 시트쪽으로 바이어스되지 계수를 영상화하는 동안주의해야합니다. 나노 시트가 부정확 크기 / 두께 결정에 이르는 과도한 나노 시트 농도에 대한 집계를 다시하는 경향이 증착 된 분산의 농도는 중요하다. 통계 극적으로 크거나 작은 끝 캔 바이어스 중 하나에 극단적 인 나노 시트 크기를 향해 아웃 라이어. 극단적 인 경우, 이러한 평균값의 판정에 포함되지 않을 것이다. 히스토그램은 일반적으로 로그 정상 모양 (23) (그림 2D, E)이다. 이 경우, 계산되지 않고 / 또는 경우에 영상은 바이어스 될 수있다. 이 히스토그램 및 통계 분석에서, 산술 평균 개수를 얻을 수있다. 이것은 전형적 따라서 체적 분율 가중 평균값 횡 크기 / 두께의 유효 계수에 관한 것이다.

크기 선택 및 측정

모두 nanosh을 의미EET 길이, <L>와 나노 시트의 두께는, <N> 분산이 캐스케이드를 통해 진행됨에 따라 원심 분리 속도가, 즉, 증가로 감소된다. 우리는 중앙 RCF (그림 2 층)로 표시 원심 분리 속도의 중간 점과 관련된 원심 가속도 (RCF)의 함수로 (TEM)에서 <L>을 음모에 의해 이러한 효과를 정량화 할 수 있습니다. 평균 나노 시트의 길이는 (중앙 RCF) 모두 MOS 2, WS 2 -0.5로 떨어진다. 동일 중심의 원심 가속도에서 MOS (2)의 횡 방향 사이즈는 재료의 낮은 밀도에 기인 WS 2보다 약간 크다. 마찬가지로, <N은> (AFM 통계에서) 그림 2G 중앙 RCF 도시된다. 그것은 (중앙 RCF) -0.4 통해 중앙 회전 속도로 떨어진다. 흥미롭게도, MOS 2 WS (2)로부터의 데이터거의 같은 곡선을 축소합니다. 이 동작에 대한 이유는 현재 알 수없는 추가 탐사가 필요합니다. 그림 하반기에 도시 된 바와 같이 결론적으로, 작고 얇은 나노 시트는 크고 두꺼운 것들로부터 분리된다.

이 원심 예상 될 수있다하더라도,이 반드시 단독으로 원심 분리 과정과 관련되지 않는다. 얇은 나노 시트 두꺼운 나노 시트가 큰 경향이 있지만, 작게하는 경향이 우리가 일관 초음파에 의해 박리 재료의 수를 발견하기 때문이기도 MOS (2 내지 12, WS이 13 MoO3과 24, 블랙 인 (16), 가스 15) . 각 분획에 소정 두께의 나노 시트 대 측방 치수의 분석 이전에 나노 시트의 평균 길이는 두께가 다른 하나의 시료 내에서 대략 일정하게 하였다. 이 IMPL로 (13)이, 재미있다이 원심 먼저 근사치의 길이 분리 공정임을 이거 야. 이 다시 확산과 마찰이 중요한 역할을 할 수 있도록 원심 분리 평형이 각 단계에서 2 시간의 비교적 짧은 원심 분리 시간 후에 도달되지 않았 음을 시사한다. 이는 또한 서로 다른 두께의 나노 시트의 길이 관계는 캐스케이드 수정에 의해 생성 될 수 있다는 것을 의미한다. (13)

광 흡광 스펙트럼의 스펙트럼 프로파일은 강하게 가장자리와 구속 효과에 의한 나노 시트의 크기에 따라 달라집니다. 여기에서는 MOS 2 WS (2)의 흡광 스펙트럼의 나노 시트의 크기 및 두께의 영향을 조사하기 위해 LCC에 의해 생성 된 분획을 사용한다. 표준 전송 측정 멸종 스펙트럼은 흡수 및 산란 모두에서 기여를 포함한다. 12,25 흡광도 스펙트럼은 모두 산란광이 수집 적분 구의 중심의 측정에 의해 얻어 질 수있다. RESO에서나노 물질이 빛을 흡수 NANT 정권, 즉, 산란 스펙트럼 형태로 약 흡광도를 다음과 같습니다. 따라서, 흡수 스펙트럼에서 인코딩 된 정보는 흡광 스펙트럼의 분석으로부터 얻을 수있다. 비 공진 정권 12,13,15-17 (~ 700 nm 인 상기 모스 2 WS 2) 산란 지수는 또한 나노 시트 (폭)의 크기에 관련되어 측정 될 수있다. 참조를 참조하십시오 12,13,15-17.

도 3aC에 도시 된 바와 같이, 광학 흡광 스펙트럼 특성 엑시톤 전환, 26을 표시하지만, 나노 시트의 크기 및 두께를 체계적으로 다양하다. 전체 스펙트럼 영역에 걸쳐 상대 강도에서의 변화에 ​​더하여, 엑시톤 천이의 변화가 관찰된다. 이것은, A-여기자 (도 3bD의 영역에 차 미분 스펙트럼에서 가시화

에지 효과는 나노 시트 길이의 스펙트럼 프로파일의 의존성을 초래한다. 12 나노 시트 가로 크기 스펙트럼 형태의 변화는 중심 지역의 전자 상이한 모서리를 합리화 할 수 있습니다. 따라서, 나노 시트의 에지와 연관된 흡광 계수는 기저 평면에서의 흡광 계수가 다르다. 이것은 서로 다른 두 파장에서 흡광 강도의 비율로 정량화 될 수있다. 원칙적으로, 임의의 피크 강도 비는 나노 시트의 크기에 관련 될 수있다. 그러나, 크기 측정은 주어진 위치에서의 스펙트럼 모양의 차이가 더 큰 더 신뢰할 수있을 것입니다. 적절한 예는 로컬 최소값에서 그에게 A-여기자의 강도 비율이며, 내선 A / 내선 (그림 3E) 또는 로컬 최소값에 해당하는 고 에너지 최대의, 내선 최대-HE / 내선 분, (그림 3 층).

<P 클래스 = "jove_content">도 3E의 데이터는, F는 다음 식 (12)에 장착 할 수있다

식 (7) (식. 7)

ε C 여기서 ε E 에지 영역 흡광 계수이고, L, Xk는 나노 시트 길이 가장자리 두께 및 길이 너비 형태이다 - 여기서 ε C는 나노 시트 기저면과 관련된 흡광 계수는 Δ ε = ε E가 인 각각의 비율. 우리는 방정식 흡광 피크 강도 비의 평균을 나노 시트의 길이 L을 관련 함수를 생성 할 수 있도록 허락 잘 맞는 데이터를 검색 (방정식 1 및 2 참조). 또한, 용매 자체가 L을 흡수하는 경우, 시스템 용매에 적용 할 수있는 강도 비 내선 A / 내선 매우 유용자외선 영역에서의 ight. 그러나, 그것은 덜 정확하고 더 작은 나노 시트에 대한 고장. 따라서 UV 영역에 액세스 할 때 내선 최대-HE / 내선 분을 포함하는 식 (2)를 사용하는 것이 좋습니다.

이러한 에지 효과의 결과로서, 흡광 계수는 나노 시트의 크기 (도 3G) 도전 분산액의 나노 시트의 정확한 농도 측정을 함수로 변경. 그러나 두 MOS 2 WS 2 우리는 흡광 계수가 나노 시트 크기 널리 불변 스펙트럼 위치를 식별 할 수 있었다. MOS 2, 345 nm에서의 흡광 계수 345nm MOS (2) = 68 엘지 -1 cm-1) 넓은 크기 범위 및 WS 2 흡광 계수의 분산 농도를 결정하기 위해 범용 계수로서 사용될 수있다 235 나노 미터 (ε의 235 nm의 (WS 2) (48) LG 전자 -1 cm -1) 널리 크기 불변 =.

길이 효과에 더하여, 흡광 스펙트럼은 또한 나노 시트의 평균 두께에 대한 정보를 포함한다. 나노 시트의 두께와 낮은 파장을 향해 A-여기자 위치 (그림 3H)의 변화에 이러한 결과는 감소된다. 우리는 정량적으로 식 (5)와 (6) 두 MOS (2) 및 WS 2는 동일한 기울기를 가진 로가리듬 관계를 다음에 따라 나노 시트의 두께를 의미하는 스펙트럼 프로파일에 변화를 연결하는 두 번째 파생 상품의 A-여기자의 질량 피크 위치의 중심을 결정 . 우리는 층 번호와 레이어 번호와 TMD 부 주위의 평균 유전 상수의 변화와 밴드 구조의 변화에 ​​이러한 변화 때문이다.

이 프로토콜은 계층 물질 및 액체 캐스케이드 원심 분리하여 크기 선택의 최첨단 액체 각질 제거에 대해 설명합니다. MOS (2) 및 WS수성 계면 활성제 용액 2 모델 시스템으로 선택된다. 그러나, 다른 층 재료 또는 용매 시스템에 적용될 수있다. 이 액체에서 사용할 수있는 합리적으로 잘 정의 된 크기와 재료의 넓은 범위를 만들면서이 다양성은 큰 힘이다. 또한, 통계 현미경을 사용하여 정확한 횡 사이즈 및 두께 측정에 대한 상세한 설명이 제공된다. 현미경 넓게 해석 도구로 사용되는 경우에도 각별한주의가 (높은 농도 샘플을 증착 등) 불충분 샘플 준비 및 부정확 한 분석 이미징 통계적 평균값을 극적으로 치우치게 할 수 정확하고 신뢰성있는 통계치를 획득하도록주의해야한다.

심지어는 매우 중요하지만, 이것은 통계적 현미경 액세스 액체 박리 된 나노 물질의 고품질의 샘플 제조에서 병목 동시에이다. 과정이 지루하고 시간 소모적이기 때문에 간단하다. 이 원고에서우리는이 문제를 회피 할 수있는 대안을 논의한다. 원리는 이러한 흡광 스펙트럼로서의 광 스펙트럼을 정량적으로 나노 시트의 크기 및 두께를 관련에 기초한다. 이 크기의 함수로 상당히 체계적으로 다양하다. 이것은 광 스펙트럼에서 모두 나노 시트 횡 사이즈 및 두께에 대한 정량적 정보를 추출하는데 사용될 수있다. 이러한 통계는 일단 캘리브레이션으로, 그들은 분 이내에 나노 시트의 크기 및 두께 정보를, 매우 강력하다. 이것의 장점은 적어도 두 배이다. 한편, 그들은 개선 여기인가 이외의 기법에 의해 박리 및 사이즈 선택 모두를 이해하기 위해 사용될 수있다. 한편, 이들은 공지 된 크기의 샘플을 생성하고 기본 연구 및 응용 모두 크기 효과에 대한 연구를 가능하게 용이 두께에 대한 기회를 제공한다. 또한, 주목해야하는 MOS 2 WS (2) 사이의 유사성통계는 매우 고무적 및 제안 - 손이 프로토콜 - 유사한 측정이 다른 층 재료 설정할 수 있습니다.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium cholate hydrate, from ox and/or sheep bile Sigma Aldrich C1254-100G Surfactant used as stabilizer in the form of an aqueous solution (i.e., after dissolving the powder in millipore water)
MoS2 powder Sigma Aldrich 69860-100G Other distributors available, but exfoliation and outcome of size selection can vary
WS2, powder 2 μm Sigma Aldrich 243639-50G Other distributors available, but exfoliation and outcome of size selection can vary
ImageJ Software Developer: National Insitutes of Health 64-bit Java version 2.45 1.6.0_24 Image processing software used for TEM analysis, free download
Gwyddion Software Developer: Czech Metrology Institute 64-bit Java version 2.45 Image processing software used for AFM analysis, free download
Origin Pro Software OriginLab Version 2016 Software used for data analysis such as differntiation and fitting of the extinction spectra
Centrifuge HettichLab Mikro 220R any other benchtop centrifuge is suitable
Rotor 1 Hettich Rotor 1016 for centrifugation <5,000 x g
Rotor 2 Hettich Rotor 1195-A for centrifugation >5,000 x g

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References

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