Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/6985
Title: Μελέτη της αλληλεπίδρασης γραφενίου/πολυμερικού υποστρώματος μέσω φασματοσκοπίας Raman
Authors: Σερεμέτης, Λάμπρος
Issue Date: 2014-04-02
Keywords: Γραφένιο
Φασματοσκοπία Raman
Keywords (translated): Graphene
Raman spectroscopy
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο παρασκευής και μηχανικών ιδιοτήτων συνθέτων υλικών στο ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ στη πάτρα. Το κύριο μέρος της παρούσης μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μεταφορά μονού στρώματος γραφενίου σε υποστρώματα PDMS και ο χαρακτηρισμός του μέσω της φασματοσκοπίας Raman καθώς επίσης και η μελέτη της αλληλεπίδρασης του γραφενίου με το υπόστρωμα. Και τέλος, εξίσου σημαντικό μέρος αποτελεί η θερμομηχανική μελέτη του μονοστρωματικού γραφενίου, το οποίο έχει αναπτυχθεί στην επιφάνεια του χαλκού. Πιο αναλυτικά, το πρώτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί μια πρώτη εισαγωγή στο γραφένιο, όπου απαντά σε διάφορα ερωτήματα όπως, πως ανακαλύφθηκε, τι είναι, τι ιδιότητες έχει, πως παρασκευάζεται, ποία είναι η δομή του (κρυσταλλική, ηλεκτρονική) και σε πολλά άλλα. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι πειραματικές τεχνικές, οι φασματοσκοπικές μέθοδοι καθώς και οι πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιήθηκαν κατά την εκπόνηση της διατριβής. Για τον χαρακτηρισμό και την μελέτη του γραφενίου πάνω σε διάφορα υποστρώματα (PDMS, PMMA, Si/SiO2, χαλκού) χρησιμοποιούνται, κυρίως, η φασματοσκοπία Raman, αλλά και η οπτική μικροσκοπία, η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και η διάταξη θέρμανσης-ψύξης (THMS600) της εταιρίας Linkam. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι διαδικασίες παρασκευής των προς μελέτη δοκιμίων. Αρχικά αναλύουμε τον τρόπο με τον οποίο παρασκευάσαμε δοκίμια PDMS (πoλυδιμέθυλο σιλοξάνιο). Η πρώτη μέθοδος περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο το γραφένιο, το οποίο έχει αναπτυχθεί σε υπόστρωμα χαλκού, μεταφέρεται σε άλλο υπόστρωμα, ενώ η δεύτερη μέθοδος (scotch tape method) περιγράφει πως μεταφέρουμε το γραφένιο από τον γραφίτη με χρήση κολλητικής ταινίας. Τέλος, αναλύουμε τον τρόπο με τον οποίο παρασκευάσαμε δοκίμια (πολυμεθακριλικός-μεθυλεστέρας) PMMA/Gr/Cu τα οποία χρησιμοποιήσαμε για την έρευνά μας. Το τέταρτο κεφάλαιο αποτελεί μια φασματοσκοπική μελέτη του γραφενίου. Περιγράφει το πρώτο μέρος των πειραματικών δεδομένων που αναφέρονται στην μελέτη του γραφενίου το οποίο τοποθετήσαμε σε υπόστρωμα PDMS. Για την μελέτη αυτή διαθέτουμε δυο δείγματα. Και στα δυο αυτά δείγματα έχουμε τοποθετήσει φύλλα γραφενίου πάνω σε PDMS. Στο πρώτο δείγμα έχουμε ακολουθήσει την μέθοδο της μικρομηχανικής αποφλοίωσης για να μεταφέρουμε το γραφένιο στην επιφάνεια του PDMS, ενώ στο δεύτερο έχουμε μεταφέρει γραφένιο, αφού πρώτα έχει αναπτυχθεί σε χαλκό με την μέθοδο CVD. Στο πρώτο μας δείγμα έχουμε μεταφέρει εκτός από μονά στρώματα γραφενίου, διπλά και τριπλά στρώματα αυτού. Επίσης, στο δεύτερο δείγμα, με κατάλληλη επεξεργασία έχουμε αναπτύξει ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο οπών. Σκοπός μας, λοιπόν, είναι η μελέτη και η ανάλυση της συμπεριφοράς του γραφενίου στην επιφάνεια του PDMS καθώς και η σύγκριση αυτής με άλλα υποστρώματα. Επίσης μελετάμε τις διαφορές, όσον αφορά των διαφορετικών μεθόδων μεταφοράς του γραφενίου που χρησιμοποιήσαμε, μεταξύ των δυο δειγμάτων που διαθέτουμε. Επιχειρούμε, δηλαδή, με την χαρτογράφηση των δειγμάτων μας να κατανοήσουμε τον τρόπο με τον οποίο τοποθετήθηκε (κάθισε) το γραφένιο πάνω στην επιφάνεια του υποστρώματος αλλά και τον τρόπο που αλληλεπιδρά με αυτό. Επιπρόσθετα παραθέτουμε και αναλύουμε φάσματα Raman για ένα, δύο και τρία στρώματα γραφενίου. Και τέλος, ερευνούμε τη διαφορετική συμπεριφορά του γραφενίου σε υπόστρωμα (supported graphene) και στον αέρα (suspended graphene). Στο πέμπτο κεφάλαιο ασχολούμαστε με την συμπεριφορά του γραφενίου, το οποίο αναπτύχθηκε στην επιφάνεια του χαλκού με τη μέθοδο της χημικής εναπόθεσης ατμών. Πρωταρχικός μας στόχος είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης του γραφενίου με το υπόστρωμα του χαλκού και κατ’ επέκταση η θερμομηχανική συμπεριφορά της μονής στρώσης γραφενίου, η οποίας εκτιμάται με τη θερμοκρασιακή εξάρτηση από την φασματοσκοπία Raman στην περιοχή θερμοκρασιών μεταξύ -1500C και 2400C. Για να επιτευχθεί η θερμοκρασιακή εξάρτηση του γραφενίου, τα φάσματα Raman λήφθηκαν και κατά την ψύξη και την θέρμανση των δειγμάτων με χρήση της διάταξής THM600 της εταιρίας Linkam. Στη συνέχεια σε αντίστοιχο δείγμα γραφενίου πάνω σε χαλκό εναποθέτουμε PMMA με τρείς διαφορετικούς ρυθμούς στροφών (4000rpm, 5000rpm, 6000rpm), με σκοπό να διαπιστώσουμε εάν και πώς με την εναπόθεση του πολυμερούς το φύλλο του γραφενίου επηρεάστηκε σε σχέση με πριν.
Abstract (translated): This thesis took place in the composite materials laboratory at ITE/IEXMH in Patras. The main part of this thesis is the transfer of a single-layer of graphene to a PDMS substrate and its characterization via Raman spectroscopy as well as the study of the interaction of graphene with the substrate. Last but not least the thermomechanical study of a single-layer of graphene which was grown on a copper surface. More specifically the first chapter of this thesis is a first introduction to graphene, answering various questions such as, how it was discovered, what it is, what properties it has, how it is produced, what its structure is (crystalline, electronic) and many others. The second chapter discusses the experimental techniques, the spectroscopic methods and also the experimental configurations that were used in the preparation of this thesis. In order to, characterize and study graphene placed on various substrates (PDMS, PMMA, Si/〖SiO〗_2, Cu) Raman spectroscopy is mainly used. We also use other methods, such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and the Linkam’s company heating-cooling stage (THMS 600). The third chapter describes the preparation processes of the samples under consideration. We begin by analyzing the way in which we produce the PDMS samples. We then continue by examining the two main methods of transferring graphene. The first method describes how the graphene, grown on a copper substrate, is transferred on another, while the second one that is the micromechanical exfoliation method (also known as the scotch tape method), describes the way in which we transfer graphene from graphite to a substrate using a scotch tape. Finally, we analyze the way in which we produced PMMA/Gr/Cu samples which were used for our research. The fourth chapter constitutes a spectroscopic study of graphene. It describes the first part of our experimental data which pertain to the study of graphene placed on PDMS substrate. Our purpose is to study and analyze the graphene behavior on the PDMS surface as well as to compare it to other substrates. We also point out the differences of the various transfer methods of the graphene that was used to produce our samples. By mapping our samples we attempt to comprehend the way in which the graphene was placed over the substrate surface and the way it interacts with it. In addition, we present and analyze Raman spectra for one, two and three graphene layers. Finally, we investigate the difference in the behavior of graphene placed on a substrate (supported graphene) and free standing graphene (suspended graphene). The fifth chapter discusses the behavior of graphene which was developed on a copper surface via the chemical deposition method. Our initial goal is to study the interaction of graphene with the copper substrate and furthermore its temperature dependence in the temperature range between 150 (_ ^o)C and 240 (_ ^o)C. In order to achieve the temperature dependence of graphene, Raman spectra were obtained using the Linkam’s company stage THM 600 both during cooling and heating of the samples. Moreover, we place PMMA on a corresponding sample of graphene on copper with three different rates of speed (4000 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm) in order to see whether and how the graphene sheet was affected by the deposition of the polymer.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nimertis_Seremetis(phys).pdf7.17 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.