包括銅和金在內(nèi)的多種過渡金屬已被成功地用作石墨烯生長的基底。另一方面，在銀上生長石墨烯一直具有挑戰(zhàn)性，因此，迄今為止尚未實現(xiàn)通過將石墨烯和銀結(jié)合用于改善電極穩(wěn)定性和增強有機發(fā)光二極管和生物傳感中的表面等離子體共振的現(xiàn)實應(yīng)用，我們通過低溫等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）在銀上快速生長納米晶多層石墨烯，X射線光電子能譜（XPS）和截面環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡（ADF-STEM）。這些結(jié)果揭示了具有渦輪層堆疊的納米晶石墨烯結(jié)構(gòu)，提出了石墨烯在銀上的PECVD生長機制。多層石墨烯還可以在空氣暴露5個月后為底層銀表面提供良好的長期保護，防止其氧化。因此，這一發(fā)展為實現(xiàn)基于石墨烯保護的銀表面和電極以及混合石墨烯-銀等離子體的技術(shù)應(yīng)用鋪平了道路。
圖1.翻轉(zhuǎn)Ag/Ti/Si襯底并將其放置在樣品支架上以在Ag上直接PECVD石墨烯生長的示意圖。
圖2:（a） PECVD石墨烯在不同生長時間（5、10和15分鐘）的銀上的代表性拉曼光譜。（b）石墨烯生長后轉(zhuǎn)移到SiO
2靶基板上。移除石墨烯后的生長襯底也與SiO
2靶襯底并排包括，以證明在移除石墨烯之前石墨烯在其上的完全覆蓋。比例尺為1cm。（c）不同生長時間的樣品的拉曼強度比I（D）/I（G）和I（2D）/I（G）。（d） 從I（d）/I（G）比率和方程式1中提取的不同樣品的石墨烯粒度。（e） 不同生長時間的樣品的I（D）/I（D′）比值和（f）不同生長時間樣品的2D峰的半峰全寬（fwhm）。
圖3.在（a）15、（b）10和（c）5分鐘的生長時間下，銀樣品上PECVD石墨烯的2D峰位置“pos（2D）”與G峰位置“pos（G）”，根據(jù)Lee等人的分析，顯示所有樣品中的輕微空穴摻雜和壓縮應(yīng)變，應(yīng)變的正值對應(yīng)于拉伸應(yīng)變。
圖4.過CFD模擬獲得的石墨烯生長翻轉(zhuǎn)襯底周圍氣體速度分布的側(cè)視圖。
圖5.PECVD工藝之后快速獲得的生長時間為（a，e）15，（b，f）10，（c，g）5分鐘的XPS Ag 3d和O1s光譜，以及參考樣品（d，h）的XPS Ag3d和O1S光譜，顯示了PECVD工藝后所有樣品的氧化銀組分大大減少。
圖6.長時間為（a，d）15、（b，e）10和（c，f）5分鐘的石墨烯樣品的截面ADF-STEM圖像。插圖顯示了盒裝區(qū)域內(nèi)的平均強度分布。橙色虛線是為了更好地揭示石墨烯層的數(shù)量。
圖7.PECVD生長的多層石墨烯堆疊順序的TEM研究：（a）多層石墨烯樣品的平面圖的TEM圖像；（b） （a）的FFT；（c） 多層石墨烯樣品的電子衍射圖像。
圖8.提出了PECVD石墨烯在銀上的生長機制。
相關(guān)研究成果由臺灣師范大學(xué)Nai-Chang Yeh等人2023年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c21809)上。原文：Low-Temperature Direct Growth of Nanocrystalline Multilayer Graphene on Silver with Long-Term Surface Passivation。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
