Preparación y caracterización de nanoestructuras de C60/Graphene híbrido
Summary
Aquí presentamos un protocolo para la fabricación de nanoestructuras de C60/graphene híbrido por evaporación térmica física. Particularmente, la manipulación adecuada de deposición y recocidas condiciones permiten el control sobre la creación de 1D y cuasi 1 C60 estructuras en grafeno ondulado.
Abstract
Deposición física termal en un alto ambiente de vacío es un método limpio y controlable para la fabricación de nuevas nanoestructuras moleculares en grafeno. Se presentan métodos para depositar y manipular pasivo C60 moléculas de grafeno ondulado que avanzan en la búsqueda de aplicaciones realizando D C 1 y60estructuras híbridas de /graphene. Las técnicas aplicadas en esta exposición están orientadas a sistemas de vacío alta con zonas de preparación capaces de soportar la deposición molecular así como recocido térmico de las muestras. Nos centramos en la deposición de60 C a baja presión usando una célula Knudsen casera conectada a un sistema de microscopia (STM) túnel de exploración. El número de moléculas depositadas se regula mediante el control de la temperatura de la célula de Knudsen y el tiempo de deposición. Unidimensional (1D) C60 cadena las estructuras con un ancho de dos a tres moléculas pueden prepararse mediante la adaptación de las condiciones experimentales. La movilidad superficial de las moléculas de60 C aumenta con la temperatura de recocido que les permite moverse dentro el potencial periódico del grafeno ondulado. Mediante este mecanismo, es posible controlar la transición de 1 D C60 estructuras de cadena a una estructura de banda hexagonal estrecha llena cuasi – 1D.
Introduction
Este protocolo explica cómo depositar y manipular moléculas de60 C en grafeno que 1D y cuasi – D 1 C60 cadena estructuras pueden realizarse. Las técnicas en este experimento fueron desarrolladas para hacer frente a la necesidad de guiar adsorbatos en configuraciones deseables sin tener que depender de la manipulación manual, lo cual es lenta y puede requerir gran esfuerzo. Los procedimientos aquí descritos se basan en el uso de un sistema de vacío alta con un área de preparación de muestra capaz de soportar la deposición molecular y recocido térmico de las muestras. STM se utiliza para caracterizar las muestras, pero pueden aplicarse otras técnicas de resolución molecular.
La evaporación térmica de las moléculas dentro de una célula Knudsen es una manera eficiente y limpia para preparar láminas delgadas. En este protocolo, se utiliza una célula Knudsen se evapore C60 moléculas sobre un sustrato de grafeno. Este evaporador de célula Knudsen consiste principalmente en un tubo de cuarzo, un filamento de calefacción, cables de termopar y pasantes1,2,3. El tubo de cuarzo se utiliza para dar cabida a las moléculas, los calores de filamento de tungsteno las moléculas en el cuarzo del tubo a través de la aplicación actual, y los alambres del termopar se utilizan para medir la temperatura. En los experimentos, la tasa de deposición es controlada por ajuste la fuente de temperatura en la célula Knudsen. Los cables de termopar se unen a la pared exterior del tubo de cuarzo y por lo tanto suelen medir una temperatura de la pared exterior que es ligeramente diferente de la temperatura interior de la célula donde se encuentra el origen molecular. Para obtener la temperatura exacta en el tubo de cuarzo, se realizó la calibración con dos configuraciones de termopar para medir temperatura interior y exterior del tubo y registran la diferencia de temperatura. De esta manera, más precisamente podemos controlar la temperatura de la fuente durante los experimentos moleculares de la evaporación utilizando cables termopar exterior del tubo de cuarzo. Porque una pequeña cantidad de las moléculas sublimadas estará en una fase gaseosa a una presión más baja, cuando las moléculas se evaporan, hay generalmente un cambio de la presión asociada. Por lo tanto, hacemos un seguimiento el cambio de la presión en el bloqueo de carga cuidadosamente.
Este evaporador puede utilizarse para depositar diversas fuentes de molécula como C60, C70, cloruro de subphthalocyanine de boro, Ga, Al, Hg4,5,6,7,8. En comparación con otras técnicas de preparación de película fina, por ejemplo, spin casting9,10,11, la evaporación térmica de alto vacío es mucho más limpio y versátil puesto que no hay ningún solvente para la deposición. Además, el proceso de desgasificación antes de la deposición mejora la pureza de la fuente, eliminar las posibles impurezas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Las técnicas descritas en este protocolo están diseñadas para deposición térmica de materiales orgánicos y otros materiales de alta presión de vapor. Estas técnicas pueden integrarse con sistemas de vacío ultra altos que tienen áreas de preparación de muestra capaces de soportar la evaporación molecular así como térmico de recocido. Para este experimento específico se pretende depositar moléculas de60 C en sustrato de grafeno y el estudio del autoensamblaje de C60 y el efecto térmic…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo es apoyado por la oficina de investigación del ejército de Estados Unidos bajo la subvención W911NF-15-1-0414.
Materials
| CF Flanged power feedthrough | Kurt J. Lesker | EFT0042033 | |
| Copper sheets | Alfa Aesar | 7440-50-8 | |
| Thermocouple chromel/alumel wires | Omega Engineering | ST032034/ST080042 | |
| Tungsten wires | Alfa Aesar | 7440-33-7 | |
| Stainless steel rods | McMaster-Carr | 95412A868 | |
| Copper wires | McMaster-Carr | 8873K28 | |
| Hollow copper rods | McMaster-Carr | 7190K52 | |
| C60 | MER Corporation | MR6LP |
References
- Gutzler, R., Heckl, W. M., Lackinger, M. Combination of a Knudsen effusion cell with a quartz crystal microbalance: In situ measurement of molecular evaporation rates with a fully functional deposition source. Review of Scientific Instruments. 81, 015108 (2010).
- de Barros, A. L. F., et al. A simple experimental arrangement for measuring the vapour pressures and sublimation enthalpies by the Knudsen effusion method: Application to DNA and RNA bases. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section a-Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. 560, (2006).
- Shukla, A. K., et al. Versatile UHV compatible Knudsen type effusion cell. Review of Scientific Instruments. 75, 4467 (2004).
- Cho, J., et al. Structural and Electronic Decoupling of C60 from Epitaxial Graphene on SiC. Nano Letters. 12, 3018 (2012).
- Jung, M., et al. Atomically resolved orientational ordering of C60 molecules on epitaxial graphene on Cu(111). Nanoscale. 6 (111), 11835 (2014).
- Li, G., et al. Self-assembly of C60 monolayer on epitaxially grown, nanostructured graphene on Ru(0001) surface. Applied Physics Letters. 100 (0001), 013304 (2012).
- Lu, J., et al. Using the Graphene Moire Pattern for the Trapping of C60 and Homoepitaxy of Graphene. Acs Nano. 6, 944 (2012).
- Zhou, H. T., et al. Direct imaging of intrinsic molecular orbitals using two-dimensional, epitaxially-grown, nanostructured graphene for study of single molecule and interactions. Applied Physics Letters. 99, 153101 (2011).
- Belaish, I., et al. Spin Cast Thin-Films of Fullerenes and Fluorinated Fullerenes – Preparation and Characterization by X-Ray Reflectivity and Surface Diffuse-X-Ray Scattering. Journal of Applied Physics. 71, 5248 (1992).
- Bezmel’nitsyn, V. N., Eletskii, A. V., Okun’, M. V. Fullerenes in solutions. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 168, 1195 (1998).
- Ma, D. N., Sandoval, S., Muralidharan, K., Raghavan, S. Effect of surface preparation of copper on spin-coating driven self-assembly of fullerene molecules. Microelectronic Engineering. 170, 8 (2017).
- Chen, C. H., Zheng, H. S., Mills, A., Heflin, J. R., Tao, C. G. Temperature Evolution of Quasi-one-dimensional C60 Nanostructures on Rippled Graphene. Scientific Reports. 5, 14336 (2015).
