金属氧化物涂层如何影响石墨烯

  • A+

两个有趣的项目专注于用金属氧化物纳米层涂覆单层石墨烯,最近在英国的薄膜和涂层技术科学与工业展上展出。来自英国克兰菲尔德大学的研究人员与来自剑桥大学和工艺创新中心(CPI)的合作者一起应用氧化铝形成复合阻隔层,而来自英国伦敦帝国理工学院的团队则使用了钛酸锶的独特性能。制造可调电容器。

第一个项目的研究人员解释说,理论上,石墨烯应该代表理想的超薄阻挡层,因为碳原子之间的孔隙甚至小于氦原子的半径。然而,在实践中,晶体边界和缺失的原子允许蒸汽透过材料,并且平面之间的弱范德瓦尔斯键意味着甚至可以穿透多个石墨烯层的堆叠。该团队报告的解决方案是采用CVD形成的石墨烯单层,然后使用原子层沉积(ALD)在其上涂覆25-50nm厚的氧化铝层。由于材料的疏水性强,已知在单层石墨烯上实现保形涂层是困难的。

然而,研究人员发现,如果在CVD阶段之后立即涂覆涂层,则不需要额外的种子层或石墨烯的预功能化,而石墨烯 - 基底复合物仍然是亲水的,或者如果使用延长的停留时间来实现最佳饱和条件。所得纳米级复合材料适用于金属钝化,器件封装和透明阻挡膜。

尽管与50nm氧化铝配对的单层石墨烯不能实现OLED封装等高灵敏度应用所需的极端不渗透性,但CVD-ALD工艺可以重复进行,直到达到必要的水蒸气透过率(WVTR)。与目前在电视和智能手机中使用的毫米或更厚的层相比,使用该技术制造的阻挡层可以表现出适当的低传输速率,厚度仅为几十纳米。

石墨烯对微电子应用也很有吸引力。在此,ALD氧化铝也可用于在多层堆叠装置中涂覆和分离活性石墨烯层。这意味着在制造和加工过程中可以保护精细的石墨烯结构,并且它们的性质随时间保持稳定。

伦敦帝国理工学院的研究人员报告了在石墨烯上沉积金属氧化物层,但在这种情况下,材料是钛酸锶(SrTiO3),目的是制造可调谐电容器。研究首次揭示了石墨烯上外延氧化物薄膜的生长机制转移到SrTiO3和MgO衬底上。

研究人员描述了在将CVD石墨烯层转移到SrTiO3基板上之后,如何使用反射高能电子衍射(RHEED)辅助脉冲激光沉积在顶部生长另外的50nm厚的SrTiO3膜。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)使研究人员能够确定石墨烯顶部的SrTiO3纳米层与下层基板保持外延关系。单层石墨烯防止氧化物层和衬底之间的电子相互作用,因此上部纳米层的外延生长应该是不可能的。

他们解释说,答案在于石墨烯层中的初始局部缺陷(例如晶界),以及在SrTiO3衬底上保持石墨烯的范德华力键的性质。这些缺陷就像桥柱点一样,可以使SrTiO3在石墨烯上外延生长。SrTiO3柱的这种生长也增加了界面剪切应力,导致石墨烯层的部分折叠。所制造的电容器结构的电测试表明,尽管有孔和多层贴片,但石墨烯层的电性能没有受到损害。



(文章源于graphene-info网,由石墨烯材料网 www.91shimoxi.com 翻译编辑整理)


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0