Восстановление оксида графена в результате электронного облучения

Abstract

Благодаря своим свойствам графен является одним из наиболее популярных двумерных материалов. Однако существует ряд препятствий, затрудняющих начало его широкого применения в электронике, в частности, сложность синтеза больших площадей высокого качества, а также нулевая ширина запрещенной зоны. В то же время функционализированный графен - оксид графена (graphene oxide - GO) обладает несколькими перспективными преимуществами: процесс производства GO довольно прост и применим даже для получения больших количеств, кроме того, существует ряд методов для его восстановления, которые позволяют достигать электро- и теплопроводных свойств, близких к исходному графену. В данной работе представлены результаты ступенчатой модификации тонких пленок GO с помощью различных доз электронного облучения. Методом атомно-силовой микроскопии было обнаружено существенное уменьшение толщины исследуемых образцов после облучения. Подобное поведение может быть связано с частичным восстановлением оксида графена, поскольку данные рентгеновской дифракции также демонстрируют разницу в межплоскостных расстояниях для графита, GO и восстановленного GO. Другим важным подтверждением процесса восстановления в результате облучения является ступенчатое сокращение содержания кислорода в образцах GO, подверженных различным дозам электронного облучения, данные о котором были получены методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Таким образом, данные результаты можно использовать для модификации пленок оксида графена, а варьируя дозой облучения, достигать различных степеней восстановления и, соответственно, различных значений проводимости = Graphene is one of the famous 2D materials due to its unique properties. However, there are several obstacles that constrain its wide application in electronics, namely difficulty in synthesis of high quality graphene with large area as well as zero band gap in electronic structure. At the same time, graphene’s first counterpart - graphene oxide (GO) - has at least two attractive advantages: it is easy to produce GO even in large amounts and there are several methods of its reduction, which increase its electrical and thermal properties. In this work, we report the results of stepwise modification of thin GO film using different doses of electron irradiation. Using atomic-force microscopy, it was detected sufficient decrease in the thickness of GO film after irradiation. Such behavior can be associated with the partial reduction, as XRD data also showed the differences between the interplanar spaces in graphite, GO and reduced GO. Another important confirmation of irradiation-induced reduction is a stepwise decrease of oxygen content in GO fragments processed by different doses of electron irradiation, which was proved by energy dispersive spectroscopy. Thus, reported results can be used for precise modification of graphene oxide films and by tuning irradiation dose one can reach different degrees of reduction and correspondingly different values of conductivity