HARRICK PLASMA NITROGEN-DOPED GRAPHENE BY PLASMA TREATMENT

육각형 결정 구조를 갖는 탄소의 단일 원자 층 인 그래 핀은 지난 10 년 동안 많은 독특한 재료 특성에 대해 많은 연구를 해왔다. 높은 전기 및 열 전도성, 광학적 투명성 및 기계적 강도 근처에서 그래 핀은 에너지 저장, 광학 디스플레이 및 센서를 포함한 광범위한 응용 분야에서 매우 유망한 2D 재료로 간주됩니다 [1,2].

그래 핀으로 작업 할 때의 한 가지 과제는 구조적 무결성을 손상시키지 않으면 서 재료를 처리하는 능력입니다. 최대 10 와트의 전력을 공급하는 플라즈마 클리너는 원자 수준의 표면에만 영향을 미치도록 설계되었으며 그래 핀 처리에 적합합니다. 일련의 응용 자료에서, 우리는 그래 핀의 재료 특성을 조정하기 위해 연구원들이 플라즈마 처리를 적용한 여러 가지 방법을 탐구합니다.

질소 플라즈마

질소 (N2) 가스를 사용함으로써, 플라즈마를 적용하여 N 원자를 그래 핀 구조에 통합하고 전자 특성을 변형시킬 수있다. 질소는 탄소와 유사한 원자 크기와 유리한 전자 구성으로 인해 탄소 물질을 도핑하기위한 이상적인 요소로 간주된다 [3]. 다음 논문은 반도체 특성을 갖는 N- 도핑 된 그래 핀을 생성하기 위해 N2 플라즈마를 적용하는 방법을 설명합니다.

Electrocatalysis 및 biosensing 응용 프로그램에서 성능을 향상시키기 위해 그래 핀의 고유 속성의 변형을 연구했습니다. 플라즈마 노출 시간을 제어함으로써, 다양한 도펀트 농도를 갖는 N- 도핑 된 그래 핀을 생성 하였다. TEM 이미징에 기초하여, 플라즈마 처리 후에도 N- 도핑 된 그래 핀이 평면의 2D 구조를 유지하는 개략도가 제안되었다. 저자들은 주기적 결함의 존재와 함께 N 원자가 그래 핀 격자를 대체 할 것을 제안했다. 이것은 전자 밴드 구조의 변화를 유도하고 에너지 밴드 갭을 열어 반도체 그래 핀을 생성했다.

화학적으로 변형 된 그래 핀은 전극 재료로서 그래 핀을 갖는 바이오 센서 장치의 전기 화학적 측정 및 제조를 통해 추가로 평가되었다. N- 도핑 된 그래 핀은 H2O2의 감소를 위한 우수한 전기 촉매 활성 및 글루코스 바이오 센싱에 대한 높은 선택성 및 감도를 나타냄을 발견 하였다. 그러나, 연장 된 플라즈마 노출 (> 40 분)은 그래 핀 층의 파괴를 나타내는 전기 분해 활성을 감소시켰다.

Yanilmaz et al. 잠재적 인 전자 및 광학 응용을위한 N- 도핑 된 그래 핀을 생성하기위한 최적의 플라즈마 조건을 조사 하였다. 그래 핀의 평면 구조를 해체 할 수있는 과도한 결함의 형성없이 플라즈마 생성 결함 (스텝 에지)에 N을 결합시키기 위해 최적의 공정 조건이 필요 하였다. 연장 된 플라즈마 처리 (> 30 분) 및 더 높은 전력은 도핑없이 격자 구조 및 에칭 된 그래 핀을 파괴 하였다. 중간 RF 전력에서 15 분 플라즈마 처리로 효과적인 도핑을 달성하였으며, 여기서 생성 된 N- 도핑 된 그래 핀은 20 μm x 20 μm 영역에 걸쳐 균질 하였다. 실험 결과 및 이론적 계산은 N 원자의 주기적 흡착이 그래 핀 격자 내에서 N 치환을 통하기보다는 C 원자의 상부에서 발생한다는 것을 시사 하였다.