充電機充電鋰電池石墨烯材料的低能透射電子衍射能力解析
2017-9-15 8:34:47??????點擊：
【導言】
二維資料一起的物理特性和重要的運用價值招引了很多研討者的興趣，其間大面積、高質量的資料成長是規(guī)劃運用和產(chǎn)業(yè)化的要害，現(xiàn)在已經(jīng)有研討組能夠成長出較大面積的二硫化鉬(MoS2)和充電機充電鋰電池單晶石墨烯資料樣品，可是其晶體結構的表征依然依賴于傳統(tǒng)的選區(qū)電子衍射(SAED)和低能電子衍射(LEED)，而選區(qū)電子衍射和低能電子衍射在表征大尺度樣品時會遇到功率低下的問題，如何高效快速的表征大面積二維資料的晶體結構依然是一個亟待解決的問題。
【效果簡介】
清華大學物理系姜開利教授和柳鵬副研討員(一起通訊作者)的團隊開展了一種運用低能電子透射衍射快速表征大面積二維資料晶體結構的辦法，該研討效果以“Low-energy transmission electron diffraction and imaging of large-area graphene”為題于2017年9月1日發(fā)表在Science Advances上。該辦法是將大面積二維資料轉移到超順排碳納米管(SACNT)薄膜載網(wǎng)上，運用大束斑(百微米至近厘米) 低能量電子束(200電子伏至幾千電子伏)發(fā)生電子衍射，得到大面積樣品的電子衍射圖畫。
碳納米管載網(wǎng)優(yōu)異的力學特性能夠承載大面積二維資料，80%-90%的透明度可保證不會對樣品的衍射圖畫發(fā)生影響。尺度可調的束斑使得衍射成像和衍射把戲之間能夠自在切換，然后能夠對樣品的晶體結構快速表征，大大提高了二維資料晶體結構表征的功率。關于大面積多晶樣品，這一辦法還能夠對其晶向散布進行快速表征。研討團隊還在室溫環(huán)境下調查到了充電機充電鋰電池石墨烯資料外表吸附構成的衍射圖畫，吸附與充電機充電鋰電池石墨烯資料的晶向共同，是一種晶格結構與充電機充電鋰電池石墨烯資料高度相關的二維吸附，這一發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)了該辦法在研討二維資料外表吸附方面的巨大潛力。清華大學段文暉、徐勇，山東大學趙明文，清華大學資料學院于榮，北京大學彭練矛等研討組進行了結構核算和衍射模仿的作業(yè)。北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授和劉忠范院士研討組供給了高質量的大面積充電機充電鋰電池單晶石墨烯資料樣品，充沛驗證了這一試驗辦法在表征大面積單晶樣品時的快速高效的特色；清華大學物理系李群慶研討組供給了MoS2多晶樣品，驗證了該試驗辦法也適用于MoS2等二維資料。
研討團隊還開展了能夠完全完成透射衍射和成像功用的小型化設備，該設備結構簡略，操作簡潔，關于真空體系的要求較低(10-3 Pa)，有望在學術界以及工業(yè)界的推行運用。
【圖文導讀】
圖1 低能透射電子衍射體系示意圖
圖中包括陰極、透鏡體系、充電機充電鋰電池石墨烯資料樣品和熒光屏陽極，還給出了充電機充電鋰電池石墨烯資料樣品和陽極的正視圖，右下角是約1.6cm的碳納米管/充電機充電鋰電池石墨烯資料復合膜(CGF)的相片。
圖2 大面積充電機充電鋰電池石墨烯資料的透射電子衍射及成像
(A-B)化學氣相堆積(CVD)法在銅箔上成長的大面積充電機充電鋰電池石墨烯資料，其間用赤色虛線圈標出充電機充電鋰電池石墨烯資料島1和島2；
(C)圖(B)中的充電機充電鋰電池石墨烯資料制備的CGF，充電機充電鋰電池石墨烯資料島1和島2別離用赤色虛線標出；
(D)充電機充電鋰電池石墨烯資料島1在中心光斑處的圖畫；
(E)充電機充電鋰電池石墨烯資料島1的衍射圖畫；
(F-I)充電機充電鋰電池石墨烯資料島1不同區(qū)域的衍射把戲，圖(I)中插圖是箭頭方向衍射斑駁峰強度圖；
(J)充電機充電鋰電池石墨烯資料島2在中心光斑處的圖畫；
(K)充電機充電鋰電池石墨烯資料島2的衍射圖畫；
(L-O)充電機充電鋰電池石墨烯資料島2不同區(qū)域的衍射把戲。
3 充電機充電鋰電池大面積接連多晶石墨烯資料的透射電子衍射及成像
(A)轉移到Si基底(有SiO2層)上的充電機充電鋰電池大面積接連多晶石墨烯資料的光學相片；
(B)多晶充電機充電鋰電池石墨烯資料的SAED(200keV)把戲，選區(qū)尺度為100nm；
(C-D)別離是充電機充電鋰電池大面積接連多晶石墨烯資料的低能透射電子衍射圖畫和衍射把戲。
4 單晶和多晶充電機充電鋰電池石墨烯資料上吸附的透射電子衍射
(A-D)充電機充電鋰電池單晶石墨烯資料上吸附的透射電子衍射把戲及消失進程，圖(A)頂用綠色圓圈標出了吸附的一個衍射斑駁；
(E)CGF(經(jīng)去離子水沖刷)示意圖及(F)所對應的有吸附的衍射把戲；
(I)電加熱后的CGF及(J)無吸附的衍射把戲；
(M)經(jīng)噴水處理后的CGF及(N)所對應的有吸附的衍射把戲；
(G、K)別離具有2個和3個晶粒取向的充電機充電鋰電池石墨烯資料吸附的透射電子衍射把戲；
(O)充電機充電鋰電池石墨烯資料吸附的衍射圖畫，右上角的插圖是充電機充電鋰電池石墨烯資料島在中心斑駁處的圖畫；
(H) 充電機充電鋰電池石墨烯資料上單層(2×2)R0°水吸附的吸附結構的核算結果，灰、紅和白色的球別離表明C、O和H原子，一起給出了分子的結合能Eb；
(L) 充電機充電鋰電池石墨烯資料上單層(2×2)R0°水吸附模仿衍射把戲，綠色圓圈標出的吸附的(10-10)衍射斑駁；
(P) 充電機充電鋰電池石墨烯資料上水吸附鏈模型，灰、紅和白色的球別離代表C、O和H原子，一起標出了3個等價的鏈的取向。
5 透射電子衍射和成像的小型化設備
(A)小型化設備；
(B) 該設備在正常照度下拍照的多晶充電機充電鋰電池石墨烯資料及吸附的透射電子衍射把戲。
【小結】
本文選用低能靜電聚焦電子槍和超順排碳納米管載網(wǎng)開展了一種大面積二維資料晶體結構快速表征的辦法，大大提高了二維資料晶體結構的表征功率，而且在二維資料的弱相互作用研討中也顯示出巨大潛力。運用該原理制作的表征儀器結構簡略、操作方便，有望在二維資料的科學研討和工業(yè)化生產(chǎn)中得到廣泛運用。
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