27414

رشد و مشخصه يابي غشاي گرافن براي استفاده در فرآيندهاي جداسازي فيزيكي نانومقياس

كارشناسي ارشد

فيزيك- فيزيك ماده چگال

1398

1401/6/16

آسيه سادات كاظمي شيخ شباني - محمدجواد اشراقي

محمدجواد اشراقي

فيزيك

خواص مكانيكي، حرارتي و الكتريكي منحصر به فرد گرافن آن را به يك ماده مهم براي بررسي تحقيقاتي تبديل كرده است. تا امروز، روش¬هاي مختلفي براي سنتز گرافن پيشنهاد شده است، اما رسوب شيميايي بخار (CVD) اميدواركننده ترين و مقرون به صرفه¬ترين روش شناخته شده است. در اين تحقيق، گرافن با روش رسوب بخار شيميايي بر روي بستر مس رشد داده شد. اين روش در ديواره گرم و فشار پايين صورت گرفت. در مرحله اول، چهار نمونه با دماهاي متفاوت (°C 900و 850، 800، 750) و ثابت بودن پارامترهاي ديگر رشد داده شدند. طيف رامان اين نمونه¬ها نشانگر اين بود كه با افزايش دما نسبت I2D/IG افزايش و نسبت ID/IG كاهش يافته است. تصاوير ميكروسكوپ¬هاي اپتيكي، الكتروني روبشي و نيروي اتمي، بهبود كيفيت رشد گرافن و كاهش زبري سطح را با افزايش دما نشان داده¬اند. در مرحله دوم، چهار نمونه با فشارهاي متفاوت (mbar 1000و 100، 50، 5) و ثابت بودن پارامترهاي ديگر رشد داده شدند. در نتايج بدست آمده از طيف رامان، با افزايش فشار نسبت I2D/IG كاهش و نسبت ID/IG افزايش يافته است. تصاوير اپتيكي نيز نشان دهنده كاهش كيفيت گرافن رشد داده شده با افزايش فشار هستند. در تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي شاهد افزايش كيفيت نمونه و افزايش پيوستگي گرافن رشد داده شده با افزايش فشار هستيم. پس از فرآيند رشد، نمونه¬ها با كمك پليمر، بر روي سيليكون انتقال يافتند و در راستاي كاربردهاي جداسازي، تست آب¬دوستي و آب¬گريزي از آنها گرفته شد. نتايج نشان داده كه عليرغم آب¬گريز بودن گرافن خالص در تئوري، گرافن انتقال يافته به علت به¬جا ماندن برخي ناخالصي¬ها از پليمر، خاصيت آبدوستي پيدا كرده است.

1401/09/06

Growth and characterization of graphene membrane for use in nanoscale physical separation processes

9/7/2023 12:00:00 AM

The unique mechanical, thermal and energy properties of graphene have made it an important material for research. There are many proposed methods for graphene synthesis, but chemical vapor deposition (CVD) is the most promising and the least expensive method. In this research, graphene was grown on a copper substrate by chemical vapor deposition method. This method was done as a hot wall and under low pressure. In the first stage, four samples were grown at different temperatures (750, 800, 850, 900 °C) and other parameters were kept constant. Raman spectroscopy of these samples showed that with the increase in temperature, the I2D/IG ratio increased while the ID/IG ratio decreased. Optical, scanning electron and atomic force microscopic images showed the improvement of graphene growth quality and decrease of surface roughness with increasing temperature. In the second stage, four samples were grown with different pressures (5, 50, 100, 1000 mbar) and other parameters were kept constant. In Raman results, with increasing pressure, the I2D/IG ratio decreased while the ID/IG ratio increased. Optical images also showed a decrease in the quality of grown graphene with increasing pressure. In the scanning electron microscope images, we saw an increase in the quality of the sample and an increase in the continuity of the grown graphene with an increase in pressure. After the growth process, the graphene samples were transferred on silicon via PMMA and the hydrophilicity and hydrophobicity test were taken with respect to separation applications. The results demonstrated hydrophilic nature of graphene surface due to residual polymers while theoretically pristine graphene is known as hydrophobic material.

گرافن - دما - فشار - رامان - ميكروسكوپ الكتروني روبشي - ميكروسكوپ نيروي اتمي

Graphene , temperature , pressure , Raman , Scanning electron microscopy , Atomic Force microscopy

Aziz Noori Mazrae

Dr. Kazemi