台湾师范大学Nai-Chang Yeh等–长期表面钝化在银上低温直接生长纳米晶多层石墨烯

包括铜和金在内的多种过渡金属已被成功地用作石墨烯生长的基底。另一方面，在银上生长石墨烯一直具有挑战性，因此，迄今为止尚未实现通过将石墨烯和银结合用于改善电极稳定性和增强有机发光二极管和生物传感中的表面等离子体共振的现实应用，我们通过低温等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在银上快速生长纳米晶多层石墨烯，X射线光电子能谱（XPS）和截面环形暗场扫描透射电子显微镜（ADF-STEM）。这些结果揭示了具有涡轮层堆叠的纳米晶石墨烯结构，提出了石墨烯在银上的PECVD生长机制。多层石墨烯还可以在空气暴露5个月后为底层银表面提供良好的长期保护，防止其氧化。因此，这一发展为实现基于石墨烯保护的银表面和电极以及混合石墨烯-银等离子体的技术应用铺平了道路。

图1.翻转Ag/Ti/Si衬底并将其放置在样品支架上以在Ag上直接PECVD石墨烯生长的示意图。

图2:（a） PECVD石墨烯在不同生长时间（5、10和15分钟）的银上的代表性拉曼光谱。（b）石墨烯生长后转移到SiO₂靶基板上。移除石墨烯后的生长衬底也与SiO₂靶衬底并排包括，以证明在移除石墨烯之前石墨烯在其上的完全覆盖。比例尺为1cm。（c）不同生长时间的样品的拉曼强度比I（D）/I（G）和I（2D）/I（G）。（d） 从I（d）/I（G）比率和方程式1中提取的不同样品的石墨烯粒度。（e） 不同生长时间的样品的I（D）/I（D′）比值和（f）不同生长时间样品的2D峰的半峰全宽（fwhm）。

图3.在（a）15、（b）10和（c）5分钟的生长时间下，银样品上PECVD石墨烯的2D峰位置“pos（2D）”与G峰位置“pos（G）”，根据Lee等人的分析，显示所有样品中的轻微空穴掺杂和压缩应变，应变的正值对应于拉伸应变。

图4.过CFD模拟获得的石墨烯生长翻转衬底周围气体速度分布的侧视图。

图5.PECVD工艺之后快速获得的生长时间为（a，e）15，（b，f）10，（c，g）5分钟的XPS Ag 3d和O1s光谱，以及参考样品（d，h）的XPS Ag3d和O1S光谱，显示了PECVD工艺后所有样品的氧化银组分大大减少。

图6.长时间为（a，d）15、（b，e）10和（c，f）5分钟的石墨烯样品的截面ADF-STEM图像。插图显示了盒装区域内的平均强度分布。橙色虚线是为了更好地揭示石墨烯层的数量。

图7.PECVD生长的多层石墨烯堆叠顺序的TEM研究：（a）多层石墨烯样品的平面图的TEM图像；（b） （a）的FFT；（c） 多层石墨烯样品的电子衍射图像。

图8.提出了PECVD石墨烯在银上的生长机制。

相关研究成果由台湾师范大学Nai-Chang Yeh等人2023年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c21809)上。原文：Low-Temperature Direct Growth of Nanocrystalline Multilayer Graphene on Silver with Long-Term Surface Passivation。