Низкотемпературное восстановление оксида графена:электрическая проводимость и сканирующая силовая микроскопия Кельвина

Фон

Графен и материалы на его основе обладают очень привлекательными физическими и оптическими свойствами [1,2,3], которые могут быть использованы во многих приложениях, таких как наноэлектроника [4], химические и биосенсоры [5, 6], солнечные элементы [7] ], эффективных катализаторов [8] и суперконденсаторов [9, 10]. Необходимость недорогого массового производства этих материалов направила интерес огромной армии исследователей к изучению восстановления оксида графена (GO) [11], что позволяет получить графеновый материал с необходимыми свойствами с помощью химических [12] или радиационных методов [13]. методы. Одним из простейших методов восстановления является термический, который обычно проводят в вакууме для десорбции молекул кислорода с π-связей углерода [11]. Однако есть несколько работ, которые демонстрируют восстановление ОГ в условиях окружающей среды при относительно низких температурах, что приводит к значительному снижению сопротивления материала [14, 15] и, конечно, очень привлекательно для различных приложений. До сих пор существует противоречивая связь между значительными изменениями проводимости при низкой температуре с другими параметрами пленки и их стабильностью в течение длительного времени. В данной статье анализируется изменение электрического сопротивления ОГ во время термического восстановления на воздухе и связывается с результатами, полученными с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), сканирующей зондовой силовой микроскопии Кельвина (SKPFM), микро-рамановской спектроскопии (mRS) и с изменением химических связей GO, измеренных с помощью ИК-Фурье-спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS).

Методы / экспериментальные

Подготовка образца

ГО был синтезирован по методу Хаммерса [16] и переведен в водный раствор. Основной химический состав синтезированного материала GO, отожженного при 50 ° C, был определен с помощью РФЭС. Было обнаружено, что соотношение углерод / кислород в чистом GO составляет 2,31, что согласуется со значениями, указанными для аналогичных процессов окисления [17, 18]. Спектр C1s XPS GO четко указывает на значительную степень окисления четырьмя компонентами, которые соответствуют атомам углерода в различных функциональных группах:52,6% неоксигенированного C в sp ³ / sp ² состоянии (284,7 эВ), 26,6% C в связях C – O (286,7 эВ), 11,5% углерода карбонила (C =O, 287,6 эВ) и 8,3% углерода карбоксилата (O – C =O, 289,0 эВ) [19].

Водную дисперсию наносили с помощью микропипетки на стеклянную и кремниевую подложки при температуре подложки около 50 ° C. Образцы на кремниевых подложках использовались для измерения ИК-спектров. Для проведения сканирующих зондовых силовых микроскопических измерений Кельвина и измерений XPS были изготовлены структуры Ni / Si, на которых пленка Ni была нанесена методом магнетронного распыления на постоянном токе. Термическое восстановление образцов проводили в диапазоне температур от 100 до 250 ° С (15 мин) в окружающей атмосфере.

Методы измерения

Термически активированная десорбция в ГО охарактеризована методом термогравиметрии (ТГ) в атмосферных условиях с использованием дериватографа Q-1500D (Paulik, Erdey). Химические связи в пленке GO, нанесенной на кремниевую пластину, были обнаружены с помощью FTIR-спектроскопии с использованием спектрометра Bruker Vertex 70 V и XPS с использованием UHV-Analysis-System (SPECS Surface Nano Analysis Company), имеющей остаточное давление менее 5 × 10 ^{- 10} мбар и оснащен анализатором энергии PHOIBOS 150. Спектры РФЭС пленок rGO возбуждались рентгеновским источником Mg Kα ( E =1253,6 эВ) и регистрировались при постоянной энергии прохождения 35 эВ. Электроны с низкой энергией, испускаемые наводнением, использовались для преодоления эффектов зарядки.

Измерения микро-комбинационного рассеяния проводились при комнатной температуре в конфигурации обратного рассеяния с использованием тройного рамановского спектрометра, T-64000 (Horiba Jobin Yvon), оснащенного электрически охлаждаемым ПЗС-детектором. Для возбуждения использовалась линия 488 нм ионного лазера Ar – Kr. Возбуждающее излучение фокусировалось на поверхности образца с помощью оптической линзы × 50, что давало размер лазерного пятна около 1 мкм (диаметр). Мощность лазера на поверхности образца всегда поддерживалась ниже 1 мВт, чтобы избежать воздействия лазерного нагрева или повреждения.

Удельное сопротивление измеряли методом четырехточечных зондов (4PP) [20]. Морфология поверхности и поверхностный потенциал хлопьев GO были измерены соответственно с помощью АСМ и SKPFM с использованием сканирующего зондового микроскопа NanoScope IIIa Dimension 3000. Использовалась двухлучевая частотно-модулированная методика SKPFM. Сначала был получен профиль поверхности. Затем наконечник поднимали на 20 нм и измеряли электростатическую контактную разность потенциалов между наконечником и поверхностью вдоль ранее снятого профиля поверхности. Высота подъема была выбрана достаточно большой, чтобы избежать взаимодействия зонд-поверхность Ван-дер-Ваальса, и достаточно маленькой, чтобы сохранить высокое разрешение и чувствительность KPFM с частотной модуляцией. Преобразования карт KPFM оценивались также для высоты 40 нм (Дополнительный файл 1:Рисунок S1), а также для случаев заземления образца и зонда (см. Дополнительный файл 1:Рисунок S2). В последнем случае наблюдались предсказуемые потери разрешения и чувствительности на различных чешуйках графена, при этом принципиальных изменений не обнаружено. Измерения проводились с помощью Si-зонда EFM 20 (NanoWorld), покрытого пленкой Pt / Ir. Метод SKPFM позволяет отображать неоднородные по фазе поверхности путем измерения и устранения электростатического взаимодействия зонд-поверхность, контролирующего постоянный потенциал на зонде [21].

Для исследования термического восстановления определенной чешуйки GO был изготовлен специальный нагревательный держатель для образцов, на котором образцы можно было подвергать термическому нагреву от 80 до 230 ° C вне измерительной системы и возвращать обратно после охлаждения до комнатной температуры. Кроме того, хлопья GO были нанесены на поверхность Ni, которая была заземлена, чтобы избежать электростатического заряда и для обеспечения более точных измерений контактной разности потенциалов (CPD) относительно Ni.

Результаты и обсуждение

Термогравиметрия

Измерения потери веса при нагревании ОГ со скоростью 10 ° C / мин показали, что 50% всей массы потеряно в диапазоне температур ниже 300 ° C (рис. 1). До 500 ° C образец теряет дополнительно 10% веса и 37% веса теряется в диапазоне от 500 до 600 ° C (рис. 1). Было показано [22], что потеря массы в диапазоне от 500 до 700 ° C в воздушной атмосфере в основном связана с горением углеродного скелета. Потеря массы при температуре 200–250 ° C определяется молекулярной десорбцией воды до 150 ° C, а затем десорбцией кислорода с эпоксидных или алкоксильных (C – O – C) групп, расположенных в листе графита [23, 24]. P>

Снижение массы при восстановлении ГО в интервале температур 40–800 ° С. Скорость нагрева 10 ° С / мин. Также отображается соотношение dG / dT

ИК-Фурье-спектроскопия и XPS

Спектры FTIR исходных пленок GO демонстрируют появление связей ОН (рис. 2). Полоса поглощения с центром при 3300 см ^{- 1} соответствует режиму растяжения связей ОН от группы С – ОН или молекул воды [25]; тесьма на 1420 см ^{- 1} вероятно, связано с модой растяжения группы COOH [26]; тесьма на 1110 см ^{- 1} -ОН группы спирта [27]. После отжига при 180 ° C в течение 15 минут все наблюдаемые связи ОН не были зарегистрированы (см. Рис. 2b).

ИК-Фурье-спектры в зависимости от температуры отжига в диапазоне волновых чисел от 100 до 6000 см ⁻¹ ( а ) и от 100 до 2000 см ⁻¹ ( б )

После отжига при 180 ° C режим растяжения при 1220 см ^{- 1} , соответствующие апокси (C – O – C) группам, и при 1050 см ^{- 1} , соответствующие алкокси (C – O – C) группам [25]. Дополнительно полоса на 1730 см ^{- 1} , что связано с модой растяжения карбонильных групп (C =O) на краях чешуек GO [25], увеличивается по амплитуде. Следует отметить, что увеличение пика с максимумом на 1570 см ^{- 1} соответствующее колебанию групп C =C (каркасное колебание плоскости графена [26]) свидетельствует об образовании неокисленных областей графита. Формирование неэффективной полосы с максимумом 450 см ^{- 1} может быть связано с образованием нанокластеров аморфного углерода [28] в пленке GO в процессе отжига.

После отжига при 250 ° C в ИК-Фурье-спектре наблюдаются три хорошо выраженные полосы поглощения. Это режим растяжения карбонильных групп (1730 см ^{- 1} ), режим растяжения эпоксидных групп (1220 см ^{- 1} ), а также колебания групп C =C (1570 см ^{- 1} ). Первый из упомянутых режимов свидетельствует о высокотемпературной десорбции карбоксильных групп, расположенных на краях чешуек GO, а повышенная амплитуда последнего из упомянутых режимов свидетельствует об увеличении размеров участков неокисленного графена. Кроме того, ИК-спектр после отжига при 250 ° C демонстрирует сильную адсорбцию в диапазоне от 2000 до 6000 см ^{- 1} . (Рис. 2а), что связано с поглощением свободных электронов [29] и согласуется со значительным увеличением электропроводности пленок GO после отжига.

Количественно оценить химический состав ОГ во время реставрации можно с помощью метода РФЭС. Аппроксимация кривых спектров РФЭС была выполнена с использованием формы пика Гаусса-Лоренца после поправки на фон Ширли (рис. 3a – d). Для соответствия графитовым (C =C) и алифатическим (C – C) атомам углерода использовался только один пик из-за близкого расположения их энергий связи [30].

C 1 s XPS-спектры ( hν =1253,6 эВ), собранной на тонкой пленке GO, нанесенной на Ni (100 нм) / Si, и отожженной на воздухе в течение 15 мин при температурах 50, 120, 180 и 250 ° C ( a - г ). Указаны различные компоненты, относящиеся к различным химическим сдвигам углеродных связей. Отношение площадей C1s к O1s пиков XPS ( e ) и атомных процентов различных углеродных связей, идентифицированных XPS, в зависимости от температуры отжига ( f )

Уровень окисления (отношение концентрации углерода к концентрации кислорода) оценивался по соотношению площадей пиков C1s и O1s (см. Дополнительный файл 1:Рисунок S3). Отношения C / O были рассчитаны в зависимости от температуры отжига, и было показано, что при 50, 120, 180 и 250 ° C отношения составили соответственно 2,31, 2,00, 2,07 и 3,26 (см. Рис. 3e). Таким образом, в интервале термического отжига от 50 до 180 ° C десорбции кислорода из пленки GO не наблюдается. Вероятно, десорбция молекулярной воды в воздушной атмосфере происходит вместе с захватом кислорода на оборванных углеродных связях из воздуха.

Следует отметить, что при термическом отжиге до 180 ° C происходит превращение углеродных связей карбонила (C =O, 287,6 эВ) в связи C – O (286,7 эВ) при концентрации углерода карбоксилата (O – C =O, 289,0 эВ) остается почти постоянным (см. Рис. 3е). Последние связи обычно образуются в краях чешуек ОГ [12]. Дальнейшее повышение температуры отжига приводит к увеличению концентрации не кислородсодержащего углерода, которая при температуре отжига 250 ° C достигает 76% от общей концентрации углерода (C / O =3,26) в восстановленном GO. После термического отжига при 250 ° C наблюдаются небольшие концентрации карбоксилатного углерода, карбонильного углерода и связей C – O, что полностью соответствует результатам, полученным с помощью FTIR-спектроскопии (см. Рис. 2).

Спектроскопия микро-комбинационного рассеяния

Спектры микро-комбинационного рассеяния были записаны для характеристики микроструктуры GO. Во всех спектрах преобладают пики D и G с центрами ~ 1350 и ~ 1590 см ^{- 1} . и очень слабая 2D-полоса с центром на ~ 2700 см ^{- 1} (Рис. 4а). Важной особенностью рамановских спектров является наличие широкого плеча между пиками G и D. Было показано [31, 32], что спектр комбинационного рассеяния ОГ можно описать пятью полосами:G, D и D '(высокочастотное плечо полосы G) и двумя полосами, обозначенными как D * (~ 1150–1200 см ^{- 1} ) и D ”(~ 1500–1550 см ^{- 1} ). Используя подход, предложенный в [32], спектры, представленные на рис. 4а, были аппроксимированы пятью линиями. Образец фитинга представлен в Дополнительном файле 1:Рисунок S4. Нормализованные рамановские спектры показывают, что интенсивность линий D * и D ”увеличивается с увеличением температуры отжига и после отжига при температуре выше 180 ° C есть некоторые резкие особенности с максимумом на ~ 1140 см ^{- 1} появляется (рис. 4а).

Нормированные и сдвинутые по оси y спектры комбинационного рассеяния для образцов rGO при различных температурах отжига ( a ). Зависимость I _Д / ( Я _G + Я _Д ) отношение температуры отжига ( b )

Природа полос D * и D ”спорна. Феррари и Робертсон [33] показали, что эти две полосы являются суммой и разностью мод C =C растяжения и CH колебания транс-полиацетилена (чередующаяся цепочка sp ² углерода с одной водородной связью с углеродом) в нанокристаллическом алмазе, а не из-за sp ³ углерода, то есть появление этих полос напрямую связано с водородом. Однако в нашем случае, как показал наш FTIR-анализ (см. Предыдущий раздел), водород в различных связях десорбируется из GO при температурах ниже 180 ° C. Кроме того, об этом ранее сообщалось в исх. [34], что линия D * на самом деле связана с sp ³ богатая фаза неупорядоченных аморфных углеродов, и в работе [31] было высказано предположение, что эти полосы связаны с конечным размером кристаллитов и, как следствие, увеличением дефектов. Формирование микрокристаллов с генерацией дефектов - более подходящий механизм для нашего случая. Интересно, что аналогичная особенность на ~ 1140 см ^{- 1} наблюдалась в собранных в кластеры тонких углеродных пленках при 1180 см ^{- 1} [35] и был связан с микрокристаллической или «аморфной» алмазной фазой. Более того, резкий пик на ~ 1140 см ^{- 1} , которая появляется в дополнение к более уширенной полосе D * и четко наблюдается для образцов, отожженных при 180 и 200 ° C, предположительно может быть отнесена к специфическим sp ³ дефекты -типа, которые вносятся в процесс десорбции при повышенных температурах. Подобная резкая особенность наблюдалась для ковалентно функционализированного графена и была приписана цепям транс-полиацетилена, вызванным введением sp ³ сайты дефектов [36]. Однако все эти предложения требуют дополнительного экспериментального подтверждения.

Как было показано в [32], модель Куэста [37] коррелирующая размер нанокристаллитов ( L _а ) с I _Д / ( Я _Д + Я _G ) соотношение больше подходит для характеристики беспорядка в ГО. Анализ интегральных интенсивностей пиков (рис. 4б) показал, что I _Д / ( Я _Д + Я _G ) соотношение остается практически неизменным при температуре отжига до 160 ° C и значительно увеличивается при более высоких температурах, что отражает увеличение разупорядоченности GO.

Электрическое сопротивление фильмов GO

Исследование удельного сопротивления пленок GO методом 4ПП показывает, что термический нагрев образцов в интервале температур от 100 до 200 ° C (в течение 15 мин) приводит к снижению сопротивления листа с 10 ^{13 до 10 6 Ом / кв (рис.5). Принимая во внимание толщину пленки GO около 40 нм (см. Результаты АСМ в дополнительном файле 1:рисунок S3 s (a)), удельное сопротивление равно примерно 4 × 10 - 2 Ом м, что достаточно мало, но намного выше, чем значение для графита (1 × 10 - 5 Ом м) [38].}

Удельное сопротивление листа, измеренное методом 4PP, в зависимости от температуры отжига на воздухе. Врезка:сюжет Аррениуса. Черные квадраты - первоначальные измерения, пустые квадраты - измерения через 6 месяцев

Влияние отжига на удельное сопротивление ОГ в этом узком диапазоне температур можно описать двумя процессами с энергией активации E _A1 =6,22 эВ и E _A2 =1.65 эВ (см. Вставку на рис. 5). Как показали измерения методом РФЭС, при термическом отжиге на воздухе в интервале от 50 до 150 ° С значительного снижения ОГ не наблюдается. Таким образом, можно предположить, что первая энергия активации, вероятно, связана со сложным процессом десорбции межслоевой воды и групп ОН из пленки GO (см. Рис. 2б), что приводит к сильному уменьшению расстояния между слоями GO [39], улучшая электрические связи между чешуйками разных слоев и значительное снижение удельного сопротивления пленки GO.

Второй процесс, связанный с уменьшением удельного сопротивления пленки GO, вероятно, в основном определяется процессом десорбции эпоксидных и алкоксильных атомов кислорода вместе с углеродом [40] и образованием неокисленных кластеров графена [41]. Полученная энергия активации точно такая же, как и полученная из измерений удельного сопротивления во время термического восстановления в статье [14], и очень похожа на значения, полученные методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) - 1,47 эВ в [21] и 1,73 эВ в [40]. ]. Разница может быть связана с экспериментальными условиями.

Для оценки стабильности полученного сопротивления восстановленного GO (rGO) в воздушной атмосфере измерения были повторены на тех же образцах через 6 месяцев. Удельное сопротивление увеличивается не более чем в два раза для диапазона температур отжига от 180 до 200 ° C (пустые квадраты на рис. 5), что свидетельствует о хорошей стабильности структуры rGO, полученной низкотемпературным отжигом на воздухе.

AFM и SKPFM

АСМ карты топографии поверхности пленок GO и rGO, полученных методом капельного литья, представлены на рис. 6. Пленки представляют собой плотные многочешуйчатые структуры толщиной не менее 30 нм (рис. 6в). Для лучшей оценки средней толщины нашей пленки толщина контролировалась поперек капли с использованием профилей высоты ступенек АСМ царапин и была равна 30–40 нм для ~ 70% площади капли (Дополнительный файл 1:Рисунок S5 ( а)). После термического отжига при 230 ° C в течение 15 минут толщина капли уменьшается примерно на 30% (см. Дополнительный файл 1:Рисунок S5 (b), (c)). Кроме того, в некоторых случаях после отжига 180 ° C на поверхности пленок образуются нано- и микропузырьки (рис. 6б). Вероятно, эти микропузырьки связаны с молекулами воды, десорбировавшимися из внутренних слоев пленки GO, а также возникли из-за неконтролируемых загрязнений в жидком растворе GO.

АСМ-изображения отлитых методом капель много хлопьев GO:фрагмент прозрачных хлопьев GO, отожженных при 110 ° C в течение 15 мин ( a ) и фрагмент загрязненных хлопьев GO, отожженных при 180 ° C в течение 15 мин ( b ). Соответствующие профили высоты поверхности вдоль пунктирных линий показаны на ( c )

Отдельные хлопья GO, осажденные на пленке Ni из одного и того же раствора GO, были исследованы методами AFM и SKPFM, чтобы лучше понять природу превращения материала GO во время низкотемпературного отжига. Исходные чешуйки GO имеют толщину от 8 до 14 нм. Исследование той же чешуи GO после термического восстановления методом АСМ позволяет измерить изменение толщины и рельефа структуры (рис. 7). Средняя толщина чешуйки GO сильно уменьшилась с 12,5 до 7,2 нм при отжиге при 180 ° C в течение 15 мин, что свидетельствует о десорбции молекул воды и кислородсодержащих групп из материала. Следует отметить, что исследуемый отщеп состоит из нескольких слоев ОГ (примерно 7–8), что значительно тоньше пленки, полученной методом капельного литья.

АСМ-изображения одиночной чешуйки GO на пленке Ni:исходное ( a ) и отожгли при 180 ° C в течение 15 мин ( b ). Соответствующие профили высоты поверхности вдоль пунктирных линий показаны на ( c ) и гистограммы высоты над изображениями показаны в ( d ). Положения пиков в соответствии с анализом соответствия пиков отмечены стрелками

Карты разности поверхностных контактных потенциалов (относительно пленки Ni) в зависимости от температуры отжига представлены на рис. 8. Следует отметить несколько важных моментов. Во-первых, поверхностная контактная разность потенциалов (CPD) сильно увеличивается внутри чешуйки GO и достигает максимального значения около 160 мВ при отжиге 140 ° C. Дальнейший отжиг при более высокой температуре приводит к восстановлению CPD. Во-вторых, вокруг чешуйки имеется устойчивый ореол CPD, величина которого не меняется с увеличением температуры отжига. Ореол имеет три зоны - по крайней мере, две зоны (№1 и №2), расположенные вне отщепа, и одна (№3) - на краю отщепа (см. Числа на рис. 9). Можно предположить, что внешняя зона № 1 связана с некоторыми загрязнениями, накопившимися у края чешуйки во время сушки водным растворителем при осаждении, зона № 2 - с извлечением электронов из Ni в восстановленную чешуйку GO, тогда как краевая зона № 3 - со стабильной адсорбцией карбонильных групп, десорбция которых требует температуры значительно выше 220 ° C [23], что полностью подтверждается нашими исследованиями FTIR и XPS.

Карты SKPFM контактной разности потенциалов между наконечником PtIr и чешуей GO на никелевой подложке:начальное ( a ) и после отжига в течение 15 минут при 80, 100, 120, 140 и 180 ° C ( b - е ) соответственно. Подложка Ni, используемая для справки при измерениях SKPFM

Ореол вокруг хлопья. Карта топографии, наложенная на соответствующую контурную карту SKPFM чешуйки GO на подложке Ni, отожженной при 140 ° C в течение 15 мин ( a ). Увеличенные карты окружающего ореола показаны на ( b , c ). Цифрами обозначены внешняя (№1), внешняя (№2), граничная (№3) и внутренняя (№4) зоны

Анализ причин, которые могут вызвать столь сильное увеличение разности потенциалов внутри чешуйки при температурах около 120–140 ° C, позволяет сделать вывод, что, вероятно, этот эффект связан с сильным уменьшением работы выхода с наноструктурированной поверхности. Такая поверхность образуется при десорбции кислородных эпоксидных групп вместе с поверхностным углеродом в результате химической реакции [22]:

Десорбция CO, CO ₂ , и H ₂ Молекулы O в том же интервале температур продемонстрированы экспериментами по термодесорбции в работе [14]. Образование большого количества таких углеродных наноостровков приводит к снижению средней работы выхода площади чешуек, которая теряет поверхностный углерод. Последующий отжиг приводит к десорбции остаточного поверхностного углерода, уменьшая среднюю толщину чешуйки, выравнивая ее поверхность и увеличивая работу выхода поверхности. Буквенный коэффициент приводит к уменьшению среднего значения CPD поверхности чешуйки rGO по отношению к потенциалу Ni.

Вышеописанный эффект может быть подтвержден результатами, представленными на рис. 10. Десорбция углерода с поверхности чешуйки приводит к стабилизации средней толщины чешуйки и увеличению CPD rGO в центральной области чешуи. Последующее восстановление поверхности уменьшает толщину чешуйки на толщину одного слоя GO (около 1 нм) и снижает CPD. На рис.9 в центральной части отщепа (зона 4) мы можем наблюдать выступы материала на топологической карте AFM (рис.9c) и увеличение CPD в этих местах на карте CPD (черные области на рис. 9б).

Поперечные сечения карт СКПФМ ( а ), изображенного на рис. 6. Цифрами 1–7 обозначены поперечные сечения исходного и отожженного образцов соответственно при 80, 100, 120, 140, 180 и 200 ° C. Статистически релевантные значения (из гистограмм) толщины чешуек и разности контактных потенциалов между эталонной пленкой Ni и чешуей GO показаны на ( b )

Сравнение измерений электросопротивления с измерениями АСМ и СКПФМ показывает, что в обоих случаях наблюдаются два типа процессов:первый связан в основном с десорбцией межслоевой молекулярной воды, а второй процесс - с десорбцией кислородных эпоксидных групп вместе с углеродом. атомы. Эти процессы в измерениях удельного сопротивления, АСМ и СКПФМ проявляются при разной температуре отжига. Первый процесс проявляется при измерении удельного сопротивления до 150 ° C, тогда как для измерений AFM и SKPFM процесс происходит до 100–110 ° C. В первую очередь такая разница температур связана с разными участками исследуемого процесса. Электрические измерения являются интегральными и определяются общей толщиной толстой (около 40 нм) пленки GO, тогда как измерения AFM и SKPFM являются поверхностными. Кроме того, в работе [42] было показано, что процесс десорбции воды из внутренних слоев GO заметно затруднен и проявится при более высокой температуре в более толстой пленке.

Выводы

Проведенные исследования термического восстановления ОГ на воздухе показали, что низкотемпературный отжиг до 250 ° С позволяет значительно снизить удельное сопротивление пленки ОГ (примерно на семь порядков). В исследованном диапазоне температур отжига протекают два основных процесса. Первый процесс - это десорбция молекулярной воды и связанных групп ОН с сильным уменьшением толщины пленки, второй процесс контролируется десорбцией эпоксидного и алкоксильного кислорода с разрушением базисной плоскости углерода, что значительно снижает работу выхода ОГ. Повышенная температура (180–200 ° C) очищает поверхность от углеродных нановключений, восстанавливая работу выхода rGO и уменьшая толщину пленки. Удельное сопротивление восстановленной пленки GO стабильно и сильно не меняется в течение 6 месяцев.