Two-dimensional materials such as graphene, h-BN, and $MoS_2$ have attracted increased interest as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices owing to their superior mechanical properties and low friction characteristics. In this work, the frictional properties of single-layer graphene, h-BN, and $MoS_2$ are experimentally investigated under various normal forces using atomic force microscope (AFM) tips with a spherical and flat end, with the aim to gain a better understanding of frictional behaviors. The nonlinear relationship between friction and normal force friction was clearly observed for single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ specimens slid against the spherical and flat AFM tips. The results also indicate that single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ exhibit low frictional properties (e.g., friction coefficient below 0.1 under 70~100 nN normal force). In particular, graphene is found to be superior to h-BN and $MoS_2$ in terms of frictional properties. However, the friction of single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ against the flat tip is larger than that against the spherical tip, which may be attributed to the relatively large adhesion. Furthermore, it is shown that the fluctuation of friction is more significant for the flat tip than the spherical tip. The resutls of this study may be helpful to elucidate the feasibility of using two-dimensional materials as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices.
Vacancy defects in graphene can be created by electron or ion irradiation and those induce ripples which can change the electronic properties of graphene. Recently, the formation of defect structures such as vacancy defects and non-hexagonal rings has been reported in the high resolution transmission electron microscope (HR-TEM) of reduced graphene oxide [1]. In those HR-TEM images, it is noticed that the dislocations with pentagon-heptagon (5-7) pairs are formed and diffuses. Interestingly, it is also observed that two 5-7 pairs are separated and diffuse far away from each other. The separation of 5-7 pairs has been known to be due to their self-diffusion. However, from our tight-binding molecular dynamics simulation, it is found that the separation of 5-7 pairs is due to the diffusion of single vacancy defects and coalescence with 5-7 pairs. The diffusion and coalescence of single vacancy defects is too fast to be observed even in HR-TEM. We also implemented Van der Waals interaction in our tight-binding carbon model to describe correctly bi-layer and multi-layer graphene. The compressibility of graphite along c-axis in our tight-binding calculation is found to be in excellent agreement with experiment. We also discuss the difference between single layer and bi-layer graphene about vacancy diffusion and reconstruction.
We present the simultaneous growth of single-walled carbon nanotubes and graphene with the optimal conditions of the synthesizing parameters. The dense and vertically aligned SWNTs having the length of over 100 ㎛ was grown by 2 nm-thick Fe catalytic layer. From 650 ℃, the vertically well-grown SWNTs were obtained by increasing the temperature. The severallayered graphene was synthesized with the gas mixing ratio of 15 : 1(H2 : C2H2) at 650 ℃ and higher temperatures. With these optimal conditions, the vertically well-grown SWNTs and the several-layered graphene were synthesized simultaneously. The presence of SWNTs and the layer of graphene were verified by field emission scanning electron microscopy and high resolution transmission electron microscopy. From the result of this simultaneous synthesizing approach, the possibility of one step growth process of CNTs and grapheme could be verified.
본 논문에서는 마이크로대역에서 단층 및 다층 그래핀이 각각 결합된 인터디지털 커패시터의 전기적 특성을 비교 분석하였다. 그래핀이 결합된 커패시터의 등가회로에서 커패시터의 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 성분들 간 차이가 분명하게 나타났다. 특히 단층 그래핀이 결합된 커패시터의 경우, 순수 커패시터와 다층 그래핀이 결합된 커패시터에 비해 추가적으로 인덕턴스와 저항 성분이 나타났고, 또한, 커패시터 전극의 저항 성분이 증가하였다. 한편, 커패시터의 자기공명주파수는 더 낮은 주파수대역으로 이동하였고, 0.5~4 GHz 주파수 대역에서 투과특성이 상당히 향상되었다. 반면, 다층 그래핀이 결합된 커패시터의 경우, 순수한 커패시터의 전기적 특성과 약간의 차이만 나타났다. 결과적으로 본 연구를 통해서 단층 그래핀이 다층 그래핀에 비해 인터디지털 커패시터의 전기적 특성과 성능에 더욱 민감한 영향을 줄 수 있음을 확인하였다.
Irannejad, M.;Alyalak, W.;Burzhuev, S.;Brzezinski, A.;Yavuz, M.;Cui, B.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제16권4호
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pp.169-172
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2015
Although, there are several research studies on the engineering of the graphene layers using different etching techniques, there is not any comprehensive study on the effects of using different etching masks in the reactive ion etching (RIE) method on the quality and uniformity of the etched graphene films. This study investigated the effects of using polystyrene and conventional photolithography resist as a etching mask on the engineering of the number of graphene layers, using RIE. The effects were studied using Raman spectroscopy. This analysis indicated that the photo-resist mask is better than the polystyrene mask because of its lower post processing effects on the graphene surface during the RIE process. A single layer graphene was achieved from a bi-layer graphene after 3 s of the RIE process using oxygen plasma, and the bi-layer graphene was successfully etched after 6 s of the RIE process. The bilayer etching time was significantly smaller than reported values for graphene flakes in previous research.
An, Sehoon;Lee, Geun-Hyuk;Song, Inseol;Jang, Seong Woo;Lim, Sang-Ho;Han, Seunghee
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.109.2-109.2
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2015
Graphene, as a single layer of $sp^2$-bonded carbon atoms packed into a 2D honeycomb crystal lattice, has attracted much attention due to its outstanding properties such as high carrier mobility, chemical stability, and optical transparency. In order to synthesize high quality graphene, transition metals, such as nickel and copper, have been widely employed as catalysts, which need transfer to desired substrates for various applications. However, the transfer steps inevitably induce defects, impurities, wrinkles, and cracks of graphene. Here, we report a facile transfer-free graphene synthesis method through nickel and carbon co-deposited layer, which does not require separately deposited catalytic nickel and carbon source layers. The 100 nm NiC layer was deposited on the top of $SiO_2/Si$ substrates by nickel and carbon co-deposition. When the sample was annealed at $1000^{\circ}C$, the carbon atoms diffused through the NiC layer and deposited on both sides of the layer to form graphene upon cooling. The remained NiC layer was removed by using nickel etchant, and graphene was then directly obtained on $SiO_2/Si$ without any transfer process. Raman spectroscopy was carried out to confirm the quality of resulted graphene layer. Raman spectra revealed that the resulted graphene was at high quality with low degree of $sp^3$-type structural defects. Furthermore, the Raman analysis results also demonstrated that gas flow ratio (Ar : $CH_4$) during the NiC deposition and annealing temperature significantly influence not only the number of graphene layers but also structural defects. This facile non-transfer process would consequently facilitate the future graphene research and industrial applications.
Successful application of graphene requires development of various tools for its chemical modification. In this paper, we present a Raman spectroscopic investigation of the effects of UV light on single layer graphene with and without the presence of $O_2$ molecules. The UV emission from a low pressure Hg lamp photolyzes $O_2$ molecules into O atoms, which are known to form epoxy on the basal plane of graphene. The resulting surface epoxy groups were identified by the disorder-related Raman D band. It was also found that adhesive residues present in the graphene samples prepared by micro-mechanical exfoliation using adhesive tape severely interfere with the O atom reaction with graphene. The UV-induced reaction was also successfully applied to chemical vapor deposition-grown graphene. Since the current method can be readily carried out in ambient air only with UV light, it will be useful in modifying the surfaces of graphene and related materials.
Tahouneh, Vahid;Naei, Mohammad Hasan;Mashhadi, Mahmoud Mosavi
Steel and Composite Structures
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제29권5호
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pp.647-657
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2018
Geometric imperfections may be created during the production process or setting borders of single-layer graphene sheets (SLGSs). Vacancy defects are an instance of geometric imperfection, so investigating the effect of these vacancies on the mechanical properties of single-layer graphene is extremely important. Since very few studies have been conducted on the structure of imperfect graphene (with the vacancy defect) as an anisotropic structure, further study of this defective structure seems imperative. Due to the vacancy defects and for the proper assessment of mechanical properties, the graphene structure should be considered anisotropic in certain states. The present study investigates the effects of site and size of vacancy defects on the mechanical properties of graphene as an anisotropic structure using the lekhnitskii interaction coefficients and Molecular Dynamic approach. The effect of temperature on the severity of the SLGS becoming anisotropic is also investigated in this study. The results reveal that the amount of temperature has a big effect on the severity of the structure getting anisotropic even for a graphene without any defects. The effect of aspect ratio, temperature and also size and site of vacancy defects on the material properties of the graphene are studied in this research work. According to the present study, using material properties of flawless graphene for imperfect structure can lead to inaccurate results.
Graphene, an allotrope of carbon, is a two-dimensional material having a unique electro-mechanical property that shows significant change of the electrical conductance under the applied strain. In addition of the extraordinary mechanical strength [1], graphene becomes a prospective candidate for pressure sensor technology [2]. However, very few investigations have been carried out to demonstrate characteristics of graphene sensor as a device form. In this study, we demonstrate a pressure sensor using graphene double layer as an active channel to generate electrical signal as the response of the applied vertical pressure. For formation of the active channel in the pressure sensor, two single graphene layers which are grown on Cu foil (25 um thickness) by the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) are sequentially transformed to the poly-di-methyl-siloxane (PDMS) substrate. Dry and wet transfer methods are individually employed for formation of the double layer graphene. This sensor geometry results a switching characteristic which shows ~900% conductivity change in response to the application of pulsed pressure of 5 kPa whose on and off duration is 3 sec. Additionally, the functional reliability of the sensor confirms consistent behavior with a 200-cycle test.
Graphene based nano-electronic and nano-electromechanical devices will be introduced in this presentation. The first part of the presentation will be covered by our recent results on the fabrication and physical properties of artificially twisted bilayer graphene. Thanks to the recently developed contact transfer printing method, a single layer graphene sheet is stacked on various substrates/nano-structures in a controlled manner for fabricating e.g. a suspended graphene device, and single-bilayer hybrid junction. The Raman and electrical transport results of the artificially twisted bilayer indicates the decoupling of the two graphene sheets. The graphene based electromechanical devices will be presented in the second part of the presentation. Carbon nanotube based nanorelay and A new concept of non-volatile memory based on the carbon nanotube field effect transistor together with microelectromechanical switch will be briefly introduced at first. Recent progress on the graphene based nano structures of our group will be presented. The array of graphene resonators was fabricated and their mechanical resonance properties are discussed. A novel device structures using carbon nanotube field effect transistor combined with suspended graphene gate will be introduced in the end of this presentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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