Ali Syariati

Onderzoek naar 2D materialen is geëxplodeerd sinds 2004, toen A. Geim en K. Novoselov de uitzonderlijke eigenschappen aantoonden van grafeen, wat ze succesvol hadden geïsoleerd met plakband. Vervolgens heeft de onderzoeksgemeenschap grote interesse getoond in andere 2D materialen, namelijk transitiemetaaldichacogeniden, zwarte fosfor, zeshoekig boronnitride, germaneen en MXenen. Hun fysische en chemische eigenschappen identificeren hen als veelbelovende kandidaten voor toepassingen in sensoren, katalysatoren, deklagen en elektrische apparatuur. Hierdoor worden deze system onderzocht binnen verscheidene velden zoals fysica van apparaten, oppervlakte scheikunde, materiaalkunde, biologie en scheikunde van polymeren, om te leren hun eigenschappen te beheersen. Een voorbeeld van een interessante toepassing is dat halfgeleidende 2D materialen op elkaar kunnen worden gestapeld om een heterostructuur te vormen. Daarnaast zijn 2D materialen geschikt voor toepassingen in sensoren en katalysatoren vanwege hun hoge oppervlakte tot volume verhouding. Bovendien tonen lagen ter dikte van een atoom en transparante 2D materialen interessante toepassingen voor deklagen.

Ondanks de overvloed aan toepasingen van 2D materialen, blijft het vooralsnog een uitdaging om deze nanolagen op grote schaal en met hoge kwaliteiten te produceren. Middels dit proefscript communiceren wij onze bijdrage aan ontwikkelingen in bereidingsmethodes van 2D materialen. Daarnaast benadrukken wij onze inspanningen tot het controleren van hun eigenschappen. We beginnen in Hoofdstuk 1 met een algemene inleiding en de toelichting van het primaire doel van dit promotie onderzoek. We beschrijven de volgende 2D materialen: grafeen en MoS2, alsmede de electronische en optische eigenschappen van MoS2.

Hoofdstuk 2 beschrijft de experimentele details gerelateerd aan de projecten die wij verslaan. Chemische dampafzetting wordt uitgelegd en de theoretische achtergrond en instrumentele aspecten van de gebruikte karakteriseringstechnieken worden worden gegeven. Deze technieken zijn röntgenfotoelektron-, Raman, infrarood en fotoluminescentiespectroscopie; atoomkracht-, rasterelektronen- en transmissie-elektronenmicroscopie; contacthoekmetingen, röntgendiffractie en elektrische transportmetingen.

Hoofdstuk 3 richt zich op de groei van MoS2 door chemische dampafzetting. We hebben de geometrie van de chemische dampafzetting-opstelling geoptimaliseerd met behulp van een kwartsbeker voor het Mo bronmateriaal, geplaatst enkele millimeter stroomopwaarts van het substraat. De kwartsbeker genereert een gradiënt van MoO3-dampconcentratie tijdens de groeifase, wat leidt tot een volledig dekkend MoS2-film in het gebied het dichtst bij de Mo bron, en tot vorming van afzonderlijke MoS2-vlokken verder van de Mo bron. De staphoogte van zowel filmrand als vlok zijn gemeten middels atoomkrachtmicroscopie, met een gevonden waarde van 0,7 nm. De hoge kwaliteit van MoS2 gegroeid middels onze aanpak wordt geverifieerd door Raman spectroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie; een mobiliteit van 12,8 ± 0,3 cm2 V-1 s-1 en een aan / uit-verhouding van 10^14 zijn gemeten toen het materiaal werd ingebracht in een veldeffecttransistor.

In Hoofdstuk 4 beschrijven we hoe de intrinsieke defecten van MoS2 opgedampt middels chemische dampafzetting te identificeren met röntgenfotoelectronspectroscopie. In het Mo3d kernniveau fotoemissiespectrum geven monozwavelvacatures en complexe defecten, die tot op heden alleen zijn onthuld door rasterelektronenmicroscopie, aanleiding tot duidelijke pieken met een hogere bindingsenergie dan de intrinsieke Mo3d-piek stemmend uit een perfecte bindingsomgeving. Bovendien demonstreren we dat oppervlaktefunctionalisatie met moleculen met thiol-terminatie via de zwavelvacatures kunnen vullen terwijl de halfgeleidende eigenschappen van MoS2 behouden blijven.

In hoofdstuk 5 breiden we onze studie van oppervlaktefunctionalisatie van chemische dampafzetting gegroeid MoS2 uit. We demonstreten hoe de PL-intensiteit van MoS2 verhoogd kan worden via functionalisatie met met p-doterend TCNAQ. De fotoluminescentie-intensiteit wordt zeven keer verhoogd door de onderdrukking van de niet-stralende trion-recombinatie. Als controle-experiment hebben we de n-doping van MoS2 uitgevoerd met ATTF en vonden dat fotoluminescentie-intensiteit afnam. De oppervlaktefunctionalisatie die in dit hoofdstuk wordt uitgevoerd, behoudt de MoS2-kristalkwaliteit, en is tegelijkertijd robuust, wat cruciaal is voor opto-elektronische toepassingen.

In hoofdstuk 6 verschuiven we onze focus naar een ander 2D-materiaal, namelijk grafeen, en verslaan de bevochtigingseigenschappen van een coating op basis van een grafeenoxidelaag tegen ijsvorming. We gebruiken de Langmuir-Schaefer depositie als de opschaalbare methode om de grafeenoxidelaag op willekeurig substraat af te zetten en bereiken volledige dekken. We tonen aan dat de functionele groep op grafeenoxidelaag de ijsvormingstemperatuur verlagen door de hoeveelheid waterstofbinding in de deklaag te beïnvloeden.