Fricção inesperada dependente de velocidade no grafeno

Resumo

Neste estudo, o comportamento de atrito das bordas de etapas de grafeno de camada mono-camada foi investigada usando microscopia de força atômica (AFM). Verificou-se que, quando a ponta desliza sobre uma borda de etapa de grafeno enterrada, há uma força resistiva durante o movimento de intensificação e uma força de assistência durante o movimento da redução. Essas forças são atribuídas às mudanças de altura topográfica. O atrito nas bordas de etapas de grafeno exposto aumenta em magnitude e exibe comportamentos mais complexos. Interações químicas entre grupos funcionais na ponta e nas superfícies de ponta contribuem para a força resistiva, enquanto a força assistiva é resultado de efeitos topográficos. A medição de alta resolução de comportamentos de atrito nas bordas da etapa de grafeno aprimora nossa compreensão do atrito interfacial em superfícies cobertas de grafeno.

Pontos chave

1. O atrito nas bordas de etapas de grafeno enterradas exibe forças resistentes e assistivas durante movimentos de intensificação e afastamento.

2. A exposição das bordas da etapa de grafeno aumenta a magnitude do atrito e leva a comportamentos de atrito mais complexos.

3. As interações químicas entre as superfícies de ponta e a ponta contribuem para a força resistiva nas bordas de etapas expostas.

4. A força assistiva nas bordas de etapas expostas é atribuída aos efeitos topográficos.

5. Uma ponta contundente aprimora os efeitos distintos das forças resistivas e assistivas nas bordas da etapa de grafeno.

6. Na direção da varredura de avanço, a ponta contundente exibe efeitos topográficos e inclinação.

7. A medição de alta resolução de comportamentos de atrito nas bordas da etapa de grafeno enriquece nossa compreensão do atrito interfacial em superfícies cobertas de grafeno.

Perguntas e respostas

  1. Q: Quais são os comportamentos de atrito observados nas bordas de etapas de grafeno enterradas?

    A: Nas bordas de etapas de grafeno enterradas, as forças resistivas e de assistência são detectadas durante movimentos de intensificação e afastamento, respectivamente. Essas forças resultam de mudanças de altura topográfica.
  2. Q: O que acontece com o atrito nas bordas de etapas de grafeno expostas?

    A: O atrito nas bordas de etapas de grafeno exposto aumenta a magnitude e exibe comportamentos mais complexos em comparação com as bordas de etapas enterradas.
  3. Q: O que causa o componente resistivo nas bordas de etapas expostas?

    A: O componente resistivo nas bordas de etapas expostas é atribuído a interações químicas entre os grupos funcionais na ponta e nas superfícies de ponta.
  4. Q: Qual é o motivo do componente de assistência nas bordas de etapas expostas?

    A: O componente assistivo nas bordas de etapas expostas deve -se a efeitos topográficos, semelhante ao caso de bordas de etapas enterradas.
  5. Q: Como uma ponta brusca afeta o comportamento do atrito nas bordas da etapa de grafeno?

    A: Uma ponta contundente aprimora os efeitos distintos das forças resistivas e assistivas nas bordas da etapa de grafeno.
  6. Q: Quais são os diferentes efeitos topográficos exibidos por uma ponta contundente na direção da varredura?

    A: Na direção da varredura de avanço, uma ponta contundente demonstra dois efeitos topográficos separados: deformação elástica da região de contato na parte inferior da ponta devido à alteração da altura do substrato e inclinação da ponta como a posição vertical do cantilever sobe do terraço inferior para o terraço superior.
  7. Q: Como a medição de alta resolução de comportamentos de atrito nas bordas da etapa de grafeno contribui para entender o atrito interfacial?

    A: A medição de alta resolução de comportamentos de atrito nas bordas da etapa de grafeno fornece informações valiosas sobre o atrito interfacial em superfícies cobertas de grafeno.

Referências

  1. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Grafeno: um novo lubrificante emergente. Mater hoje 17 (1): 31–42 (2014) Google Scholar
  2. Penkov O, Kim HJ, Kim HJ, Kim D E. Tribologia do grafeno: uma revisão. Int J Precis Eng Manuff 15 (3): 577-585 (2014) Google Scholar
  3. Kim K S, Lee H J, Lee C, Lee S K, Jang H, Ahn J. H., Kim J. H, Lee H J J. Grafeno de deposição química de vapor: o lubrificante mais fino sólido. ACS Nano 5 (6): 5107-5114 (2011) Google Scholar
  4. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Desgaste reduzido e atrito habilitado por camadas de grafeno em superfícies de aço deslizante em nitrogênio seco. Carbon 59: 167–175 (2013) Google Scholar
  5. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Grafeno como revestimento protetor e lubrificante superior para contatos elétricos. Appl Phys Lett 105 (23): 231907 (2014) Google Scholar
  6. Wu P, Li X M, Zhang C H, Chen X C, Lin S Y, Sun H Y, Lin C T, Zhu H W, Luo J B. Filme de grafeno auto-montado como lubrificante sólido de fricção de baixo atrito em contato com macroescala. Interfaces Appl Appl Mater 9 (25): 21554-21562 (2017) Google Scholar
  7. Berman D, Deshmukh S A, Sankaranarayanan S K R S, Erdemir A, Sumant A V. SuperLubricidade de macroescala ativada pela Formação de Nanoscroll de grafeno. Science 348 (6239): 1118-1122 (2015) Google Scholar
  8. Liu S W, Wang H P, Xu Q, Ma T B, Yu G, Zhang C H, Geng D C, Yu Z W, Zhang S G, Wang W Z, et al. Superlubricidade robusta de microescala sob alta pressão de contato ativada pela microesfera revestida de grafeno. Nat Commun 8: 14029 (2017) Google Scholar
  9. Fileter T, McChesney JL, Bostwick A, Rotenberg E, Emtsev K V, Seyller T, Horn K, Bennewitz R. Fricção e dissipação em filmes de grafeno epitaxial. Phys Rev Lett 102 (8): 086102 (2009) Google Scholar
  10. Filleter T, Bennewitz R. Propriedades estruturais e de atrito de filmes de grafeno no SIC (0001) estudados por microscopia de força atômica. Phys Rev B 81 (15): 155412 (2010) Google Scholar
  11. Lee C, Li Q Y, Kalb W, Liu X Z, Berger H, Carpick R W, Hone J. Características de atrito de folhas finas atomicamente finas. Science 328 (5974): 76–80 (2010) Google Scholar
  12. Lee H, Lee N, Seo Y, Eom J, Lee S. Comparação de forças de atrito em grafeno e grafite. Nanotechnology 20 (32): 325701 (2009) Google Scholar
  13. Lee C, Wei X D, Li Q Y, Carpick R, Kysar J W, Hone J. Propriedades elásticas e de atrito do grafeno. Status do Phys Solidi B 246 (11–12): 2562–2567 (2009) Google Scholar
  14. Li Q Y, Lee C, Carpick R W, Hone J. Efeito do substrato no atrito dependente da espessura no grafeno. Status Physi Solidi B 247 (112–12): 2909–2914 (2010) Google Scholar
  15. Cho D H, Wang L, Kim J S, Lee G H, Kim E S, Lee S, Lee S Y, Hone J, Lee C. Efeito da morfologia da superfície no atrito do grafeno em vários substratos. Nanoescala 5 (7): 3063-3069 (2013) Google Scholar
  16. Paolicelli G, Tripathi M, Corradini V, Candini A, Valeri S. Comportamento de fricção em nanoescala de grafeno no SIO2 e Ni (111) substratos. Nanotechnology 26 (5): 055703 (2015) Google Scholar
  17. Chen Z, Khajeh A, Martini A, Kim S H. Origens químicas e físicas de atrito em superfícies com etapas atômicas. Sci Adv 5 (8): EAAW0513 (2019) Google Scholar


Fricção inesperada dependente de velocidade no grafeno

Zhe Chen. Dr. Chen ganhou seu B.S. formado em engenharia mecânica pela Northwestern Polytechnical University and PH.D. formado em engenharia mecânica pela Universidade Tsinghua na China. Ele agora é pesquisador de pós -doutorado. Seus interesses de pesquisa são propriedades deslizantes interfaciais e aplicações de materiais bidimensionais em camadas como lubrificantes sólidos e aditivos de lubrificante.

Medição de atrito em nanoescala nas bordas de etapas de grafeno

Embora o grafeno seja bem conhecido por super-lubrificidade em seu plano basal, o atrito em sua borda da etapa não é bem compreendido e comportamentos contraditórios de atrito foram relatados. Neste estudo, o atrito das bordas de etapas de grafeno espesso da camada mono foi estudada usando microscopia de força atômica (AFM) com uma ponta Si na atmosfera de nitrogênio seco. Verifica -se que, quando a ponta desliza sobre um ‘enterrado’ Etapa de grafeno Edge, há uma força resistiva durante o movimento de intensificação e uma força de assistência durante o movimento de afastamento devido à mudança de altura topográfica. A magnitude dessas duas forças é pequena e a mesma nos movimentos intensificados e afastados. Quanto ao ‘expor’ Etapa de grafeno Edge, o atrito aumenta na magnitude e exibe comportamentos mais complicados. Durante o movimento de afastamento da ponta sobre a borda da etapa exposta, os componentes resistentes e assistentes podem ser detectados no sinal de força lateral do AFM se a resolução de varredura for suficientemente alta. O componente resistivo é atribuído a interações químicas entre os grupos funcionais na ponta e nas superfícies de ponta, e o componente de assistência é devido ao efeito topográfico, o mesmo que o caso de borda de etapa enterrada. Se uma ponta brusca é usada, os efeitos distintos desses dois componentes se tornam mais proeminentes. Na direção da varredura de avanço, a ponta contira parece ter dois efeitos topográficos separados deformação elástica da região de contato na parte inferior da ponta devido à altura da altura do substrato na borda da etapa e inclinação da ponta, enquanto a posição vertical do cantilever (o final da ponta) sobe do terraço inferior para o terraço superior. A medição de alta resolução de comportamentos de atrito nas bordas da etapa de grafeno enriquecerá ainda mais os comportamentos de atrito interfacial em superfícies cobertas de grafeno.

Baixe para ler o texto completo do artigo

Trabalhando em um manuscrito?

Referências

  1. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Grafeno: um novo lubrificante emergente. Mater hoje17(1): 31–42 (2014) Google Scholar
  2. Penkov O, Kim HJ, Kim HJ, Kim D E. Tribologia do grafeno: uma revisão. Int j precis Eng manan15(3): 577-585 (2014) Google Scholar
  3. Kim K S, Lee H J, Lee C, Lee S K, Jang H, Ahn J. H., Kim J. H, Lee H J J. Grafeno de deposição química de vapor: o lubrificante mais fino sólido. ACS Nano5(6): 5107-5114 (2011) Google Scholar
  4. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Desgaste reduzido e atrito habilitado por camadas de grafeno em superfícies de aço deslizante em nitrogênio seco. Carbono59: 167–175 (2013) Google Scholar
  5. Berman D, Erdemir A, Sumant A V. Grafeno como revestimento protetor e lubrificante superior para contatos elétricos. Appl Phys Lett105(23): 231907 (2014) Google Scholar
  6. Wu P, Li X M, Zhang C H, Chen X C, Lin S Y, Sun H Y, Lin C T, Zhu H W, Luo J B. Filme de grafeno auto-montado como lubrificante sólido de fricção de baixo atrito em contato com macroescala. Interfaces de Appl Appl Mater9(25): 21554-21562 (2017) Google Scholar
  7. Berman D, Deshmukh S A, Sankaranarayanan S K R S, Erdemir A, Sumant A V. SuperLubricidade de macroescala ativada pela Formação de Nanoscroll de grafeno. Ciência348(6239): 1118-1122 (2015) Google Scholar
  8. Liu S W, Wang H P, Xu Q, Ma T B, Yu G, Zhang C H, Geng D C, Yu Z W, Zhang S G, Wang W Z, et al. Superlubricidade robusta de microescala sob alta pressão de contato ativada pela microesfera revestida de grafeno. Nat Commun8: 14029 (2017) Google Scholar
  9. Fileter T, McChesney JL, Bostwick A, Rotenberg E, Emtsev K V, Seyller T, Horn K, Bennewitz R. Fricção e dissipação em filmes de grafeno epitaxial. Phys Rev Lett102(8): 086102 (2009) Google Scholar
  10. Filleter T, Bennewitz R. Propriedades estruturais e de atrito de filmes de grafeno no SIC (0001) estudados por microscopia de força atômica. Phys Rev b81(15): 155412 (2010) Google Scholar
  11. Lee C, Li Q Y, Kalb W, Liu X Z, Berger H, Carpick R W, Hone J. Características de atrito de folhas finas atomicamente finas. Ciência328(5974): 76–80 (2010) Google Scholar
  12. Lee H, Lee N, Seo Y, Eom J, Lee S. Comparação de forças de atrito em grafeno e grafite. Nanotecnologia20(32): 325701 (2009) Google Scholar
  13. Lee C, Wei X D, Li Q Y, Carpick R, Kysar J W, Hone J. Propriedades elásticas e de atrito do grafeno. Status do Phys Solidi B246(11–12): 2562–2567 (2009) Google Scholar
  14. Li Q Y, Lee C, Carpick R W, Hone J. Efeito do substrato no atrito dependente da espessura no grafeno. Status fysi solidi b247 (112–12): 2909–2914 (2010) Google Scholar
  15. Cho D H, Wang L, Kim J S, Lee G H, Kim E S, Lee S, Lee S Y, Hone J, Lee C. Efeito da morfologia da superfície no atrito do grafeno em vários substratos. Nanoescala5(7): 3063-3069 (2013) Google Scholar
  16. Paolicelli G, Tripathi M, Corradini V, Candini A, Valeri S. Comportamento de fricção em nanoescala de grafeno no SIO2 e Ni (111) substratos. Nanotecnologia26(5): 055703 (2015) Google Scholar
  17. Chen Z, Khajeh A, Martini A, Kim S H. Origens químicas e físicas de atrito em superfícies com etapas atômicas. Sci Adv5(8): EAAW0513 (2019) Google Scholar
  18. Chen L, Chen Z, Tang X Y, Yan W M, Zhou Z R, Qian LM, Kim S H. Fricção nas bordas de etapas de grafeno de camada única devido a interações químicas e topográficas. Carbono154: 67–73 (2019) Google Scholar
  19. Lang H J, Peng Y T, Zeng X Z, Cao X A, Liu L, Zou K. Efeito da umidade relativa nas propriedades de atrito do grafeno em etapas em escala atômica. Carbono137: 519-526 (2018) Google Scholar
  20. Lang H J, Peng Y T, Zeng X Z. Efeito da força de ligação entre camadas e rigidez de flexão nas propriedades de atrito dos materiais bidimensionais em etapas de escala atômica. Appl Surf Sci411: 261–270 (2017) Google Scholar
  21. Ye Z J, Martini A. Fricção atômica em bordas de etapas de grafite expostas e enterradas: Experiências e simulações. Appl Phys Lett106(23): 231603 (2015) Google Scholar
  22. Lee H, Lee HB R, Kwon S, Salmeron M, Park JY. Etapas atômicas internas e externas na grafite exibem dramaticamente diferentes propriedades físicas e químicas. ACS Nano9(4): 3814-3819 (2015) Google Scholar
  23. Hunley D P, Flynn T J, Dodson T, Sundararajan A, Boland MJ, Strachan DR. Fricção, adesão e elasticidade das bordas de grafeno. Phys Rev b87(3): 035417 (2013) Google Scholar
  24. Egberts P, Ye Z J, Liu X Z, Dong Y L, Martini A, Carpick R W. Dependência ambiental do atrito em escala atômica nas etapas da superfície de grafite. Phys Rev b88(3): 035409 (2013) Google Scholar
  25. Dong Y L, Liu X Z, Egberts P, Ye Z J, Carpick R W, Martini A. Correlação entre a forma da sonda e os picos de atrito atômico nas bordas da etapa de grafite. Tribol Lett50(1): 49–57 (2013) Google Scholar
  26. Panigrahi S, Bhattacharya A, Bandyopadhyay D, Grabowski S J, Bhattacharyya D, Banerjee S. Ofinir propriedades das bordas da etapa monoatômica na grafite: microscopia de força de fricção e ab initio Estudos químicos quânticos. J Phys Chem C115(30): 14819-14826 (2011) Google Scholar
  27. Hölscher H, Ebeling D, Schwarz U D. Fricção em etapas de superfície em escala atômica: experimento e teoria. Phys Rev Lett101(24): 246105 (2008) Google Scholar
  28. Müller T, Lohrmann M, Kässer T, Marti O, Mlynek J, Krausch G. Força de atrito entre uma asperidade nítida e uma etapa de superfície. Phys Rev Lett79(25): 5066-5069 (1997) Google Scholar
  29. Weilandt E, Menck A, Marti O. Estudos de atrito em etapas com microscopia de força de atrito. Interface de surf anal23(6): 428–430 (1995) Google Scholar
  30. Ruan J A, Bhushan B. Comportamento de atrito de grafite pirolítica altamente orientada. J Appl Phys76(12): 8117-8120 (1994) Google Scholar
  31. Schwoebel RL, Shipsey E J. Movimento de passo em superfícies de cristal. J Appl Phys37(10): 3682-3686 (1966) Google Scholar
  32. Ye Z J, Otero-de-La-Roza A, Johnson E R, Martini A. Efeito da forma da ponta na atração atômica nas bordas da etapa de grafite. Appl Phys Lett103(8): 081601 (2013) Google Scholar
  33. Barthel A J, Luo J W, Hwang K S, Lee J Y, Kim S H. Efeito de lubrificação de limite do resíduo orgânico deixado na superfície após a evaporação do solvente de limpeza orgânica. Vestir 350 351: 21–26 (2016) Google Scholar
  34. Sader J E, Larson I, Mulvaney P, White L R. Método para a calibração de cantilevers de microscópio de força atômica. Rev Sci Instrum66(7): 3789-3798 (1995) Google Scholar
  35. Barnette A L, Asay D B, Janik MJ, Kim S H. Isotherma de adsorção e orientação de álcoois no SIO hidrofílico2 sob condições ambientais. J Phys Chem C113(24): 10632-10641 (2009) Google Scholar
  36. Yu j x, kim s h, yu b j, qian lm, zhou z r. Papel da triboquímica no nanowear de silício de cristalino único. Interfaces de Appl Appl Mater4(3): 1585-1593 (2012) Google Scholar
  37. Qi y z, Liu J, Dong Y L, Feng X q, li q y. Impactos de ambientes no comportamento de desgaste em nanoescala de grafeno: passivação de borda vs. Pinning de substrato. Carbono139: 59–66 (2018) Google Scholar
  38. Ogletree DF, Carpick RW, Salmeron M. Calibração de forças de atrito na microscopia de força atômica. Rev Sci Instrum67(9): 3298–3306 (1996) Google Scholar
  39. Varenberg M, Etsion I, Halperin G. Um método de calibração de cunha aprimorado para força lateral na microscopia de força atômica. Rev Sci Instrum74(7): 3362–3367 (2003) Google Scholar
  40. Noy A, Frisbie C D, Rozsnyai LF, Wrighton M S, Lieber C M. Microscopia de força química: explorando dicas modificadas quimicamente para quantificar a adesão, atrito e distribuições de grupo funcionais em conjuntos moleculares. J Am Chem Soc117(30): 7943–7951 (1995) Google Scholar
  41. DUFRÊNE Y F, Ando T, Garcia R, Alsteens D, Martinez-Martin D, Engel A, Gerber C, Müller D J. Modos de imagem da microscopia de força atômica para aplicação em biologia molecular e celular. Nat Nanotechnol12(4): 295–307 (2017) Google Scholar
  42. Levita G, Restuccia P, Righi M C. Grafeno e mos2 interagindo com água: uma comparação por ab initio cálculos. Carbono107: 878-884 (2016) Google Scholar
  43. Mo Y, Turner K T, Szlufarska I. Leis de atrito na nanoescala. Natureza457: 1116-1119 (2009) Google Scholar
  44. Chen Z, VaziriserShk MR, Khajeh A, Martini A, Kim S H. Efeito da ondulação atômica na adesão e atrito: um estudo modelo com bordas de etapa de grafeno. J Phys Chem Lett10(21): 6455–6461 (2019) Google Scholar

Reconhecimentos

Este trabalho foi apoiado pela National Science Foundation (concessão não. CMMI-1727571).

Informação sobre o autor

Autores e afiliações

  1. Departamento de Engenharia Química e Instituto de Pesquisa de Materiais, Universidade Estadual da Pensilvânia, University Park, PA, 16802, EUA Zhe Chen & Seong H. Kim
  1. Zhe Chen

Você também pode procurar este autor no PubMed Google Scholar

Você também pode procurar este autor no PubMed Google Scholar

autor correspondente

Informações adicionais

Zhe Chen. Dr. Chen ganhou seu B.S. formado em engenharia mecânica pela Northwestern Polytechnical University and PH.D. formado em engenharia mecânica pela Universidade Tsinghua na China. Ele agora é pesquisador de pós -doutorado. Seus interesses de pesquisa são propriedades deslizantes interfaciais e aplicações de materiais bidimensionais em camadas como lubrificantes sólidos e aditivos de lubrificante.

Seong h. Kim. Prof. Kim ingressou na Faculdade de Engenharia Química em 2001 depois de concluir um pH.D. Estudo em Química pela Northwestern University e uma pesquisa de pós -doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA. Ele ganhou seu B.S. e m.S. graus em química pela Universidade Yonsei, Coréia. O tema principal de sua pesquisa está em ciências da superfície e nano-engenharia, aplicando especialmente os fundamentos da ciência da superfície a importantes problemas interfaciais envolvidos em tribologia e lubrificação, nanomanufatura e engenharia de superfície.

Direitos e permissões

Acesso livre: Este artigo está licenciado sob uma atribuição Creative Commons 4.0 Licença internacional, que permite o uso, compartilhamento, adaptação, distribuição e reprodução em qualquer meio ou formato, desde que você dê crédito apropriado ao (s) autor (s) original (s) e à fonte, forneça um link para a licença Creative Commons e indique se as alterações foram feitas.

As imagens ou outro material de terceiros neste artigo estão incluídas no artigo’S Licença Creative Commons, a menos que indicado de outra forma em uma linha de crédito para o material. Se o material não estiver incluído no artigo’A licença Creative Commons e o uso pretendido não é permitido pela regulamentação estatutária ou excede o uso permitido, você precisará obter permissão diretamente do detentor de direitos autorais.

Sobre este artigo

Cite este artigo

Chen, Z., Kim, s.H. Medição de atrito em nanoescala nas bordas de etapas de grafeno. Atrito 8, 802–811 (2020). https: // doi.org/10.1007/S40544-019-0334-Y

  • Recebido: 02 de maio de 2019
  • Revisado: 20 de agosto de 2019
  • Aceito: 09 de outubro de 2019
  • Publicado: 10 de dezembro de 2019
  • Data de emissão: agosto de 2020
  • Doi: https: // doi.org/10.1007/S40544-019-0334-Y

Compartilhe este artigo

Qualquer pessoa com quem você compartilhe o seguinte link poderá ler este conteúdo:

Obtenha link compartilhável

Desculpe, um link compartilhável não está disponível no momento para este artigo.

Copiar para área de transferência

Fornecido pela Iniciativa de compartilhamento de conteúdo da Springer Nature Sharedit

Palavras-chave

  • atrito
  • grafeno
  • Etapa Edge
  • força atômica microscópica
  • fraude da ponta

Fricção inesperada dependente de velocidade no grafeno

Fricção inesperada dependente de velocidade no grafeno

Devido às suas propriedades de baixo fricção, os materiais que consistem em camadas atômicas únicas são de grande interesse para aplicações em que o objetivo é reduzir o atrito-como discos rígidos ou componentes em movimento para satélites ou telescópios espaciais.

Um exemplo é o grafeno, que consiste em uma única camada de átomos de carbono em um arranjo de favo de mel e está sendo examinado com o objetivo de uso potencial como uma camada lubrificante. De fato, estudos anteriores mostraram que uma fita de grafeno pode ser movida através de uma superfície de ouro quase sem atrito.

Resultados surpreendentes com uma superfície áspera

Se o grafeno for aplicado a uma superfície de platina, terá um impacto significativo nas forças de atrito mensuráveis. Agora, os físicos da Universidade de Basileia e da Universidade de Tel Aviv relataram no diárioNano CartasIsso, neste caso, o atrito depende da velocidade com que a ponta de um microscópio de força atômica é movida pela superfície.

Essa descoberta é surpreendente porque o atrito não depende da velocidade de acordo com a lei de Coulomb, que se aplica ao mundo macro.

Em conjunto com o substrato de platina, o grafeno não forma mais apenas o padrão hexagonal de favo de mel dos átomos de carbono e, em vez disso. A superfície não é mais completamente plana e exibe um certo grau de rugosidade.

“Se movermos a ponta do AFM por essa superfície ligeiramente ondulada em baixa velocidade, medimos uma força fraca e quase constante”, explica o professor Ernst Meyer do Instituto de Nanociência Swiss e do Departamento de Física da Universidade Basel.

“Acima de um certo limiar, no entanto, o atrito aumenta com a velocidade da ponta do AFM”, acrescenta o primeiro autor DR DR. Música Yiming. “Quanto maior a superestrutura moiré, menor o limiar no qual o atrito se torna dependente da velocidade.”

Os pesquisadores descobriram que há maior resistência nas cordilheiras das superestruturas moiré durante o movimento da ponta. Esses cumes sofrem deformação elástica devido à ponta de empurrão antes de relaxar novamente quando a pressão é suficientemente alta. Este efeito resulta em maiores forças de atrito que aumentam com a velocidade da ponta. Simulações e um modelo analítico confirmam os achados experimentais obtidos por esta equipe internacional de pesquisadores.

Mais Informações: Yiming Song et al, dependência de velocidade do fricção moiré, Nano Cartas (2022). Doi: 10.1021/ACS.Nanolett.2C03667

Informações do diário: Nano Cartas

Fornecido pelo Swiss Nanoscience Institute, Universidade de Basileia

Citação: Atrito inesperado dependente da velocidade no grafeno (2022, 7 de dezembro) Recuperado em 18 de maio de 2023 de https: // phys.Org/News/2022-12-Unexpecto-dependente-grafeno de dependente da velocidade.html

Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para os fins de estudo ou pesquisa particular, nenhuma parte pode ser reproduzida sem a permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.

Efeito molecular ambiental nos comportamentos de atrito da macroescala do grafeno

Panpan Li 1,2,3 , www.frontiersin.orgBo Wang 3 , www.frontiersin.orgLi ji 1,2 *, hongxuan li 1,2 *, www.frontiersin.orgLei Chen 1,2 , www.frontiersin.orgXiaohong Liu 1,2 , www.frontiersin.orgHuidi Zhou 1,2 e www.frontiersin.orgJianmin Chen 1,2

  • 1 Laboratório -chave de ciência e tecnologia sobre desgaste e proteção de materiais, Instituto de Física Química de Lanzhou, Academia Chinesa de Ciências, Lanzhou, China
  • 2 Centro de Ciência dos Materiais e Engenharia Optoeletrônica, Universidade de Academia Chinesa de Ciências, Pequim, China
  • 3 Laboratório estadual de lubrificação sólida, Instituto de Física Química de Lanzhou, Academia Chinesa de Ciências, Lanzhou, China

Este estudo investigou o comportamento de atrito do grafeno em ambientes de atmosfera de ar e nitrogênio. A evolução microestrutural causada pela variação dos ambientes de atmosfera e seu efeito no coeficiente de atrito do grafeno é explorada. É demonstrado que o grafeno pode exibir excelentes propriedades lubrificantes em ambientes de atmosfera aérea e de nitrogênio. No ar, uma estrutura de deslizamento de camada por camada altamente ordenada pode ser formada na interface deslizante. Oxigênio e h2O Moléculas pode fazer bordas penduradas e defeitos passivos. Assim, a interação entre as nanopartículas e as camadas de nanopartículas é fraca e o coeficiente de atrito é baixo (0.06–0.07). Enquanto o coeficiente de atrito aumenta para 0.14–0.15 Em uma atmosfera de nitrogênio devido à interação de defeitos gerados no processo de deslizamento, as moléculas de nitrogênio com elétrons de par solitário só podem tornar as nanopartículas passivas até certo ponto, portanto a estrutura de deslizamento ordenada é destruída e o atrito é maior. Este trabalho revela a influência das moléculas ambientais no desempenho tribológico da macroescala do grafeno e seu efeito na microestrutura na interface deslizante, o que pode esclarecer o desempenho lubrificante do grafeno em atmosferas ambientais e nos ajudar a entender os comportamentos tribológicos da grafite na macroescala.

Introdução

Reduzir as perdas de atrito e desgaste tem um grande valor para os componentes móveis das condições deslizantes (Holmberg e Erdemir, 2017). Como material em camadas típico, a grafite é usada extensivamente como lubrificante sólido devido à fraca interação da força de van der Waals entre as camadas (Geim e Novoselov, 2007). É indicado que os comportamentos tribológicos da grafite são facilmente afetados por ambientes atmosféricos e exibe baixo atrito na atmosfera aérea e alto atrito em atmosferas a vácuo ou inertes (Savage, 1948; Savage e Schaefer, 1956). Durante as últimas décadas, a maioria das aplicações de pesquisa e prática se preocupa com o desempenho tribológico da grafite (Lancaster e Pritchard, 1981) e poucos estudos se concentraram na microestrutura intrínseca que determina as propriedades tribológicas da grafite. Por um lado, a mudança estrutural da grafite tridimensional (3D) é difícil de observar. Por outro lado, o sistema de aplicações práticas geralmente é complicado. Portanto, a exploração do efeito do ambiente atmosférico na estrutura intrínseca da origem subjacente do desempenho tribológico macroescala é difícil e requer uma investigação mais aprofundada. Enquanto isso, alguns mecanismos lubrificantes de grafite foram propostos para explicar o desempenho da grafite em várias condições (Bollmann e Spreadborough, 1960; Bryant et al., 1964), mas ainda existem disputas sobre a natureza precisa desses mecanismos.

Estudos tribológicos em microescala de materiais lubrificantes, especialmente os estudos de estrutura, podem orientar a compreensão da origem das propriedades tribológicas e do mecanismo de lubrificação por macroescala (Zheng e Liu, 2014; Zhang et al., 2019). Como a unidade básica de grafite, o grafeno possui uma estrutura de nanopartículas de papel fino bidimensional (2D) típicas que dotam do grafeno com excelentes propriedades, incluindo propriedades físicas, eletrônicas e químicas fascinantes (Zhu et al., 2010; Avouris e Dimitrakopoulos, 2012; Badhulika et al., 2015). Grafeno mostra propriedades tribológicas excelentes (Berman et al., 2014; Berman et al., 2015) e atraiu considerável atenção no campo da tribologia. A pesquisa tribológica em macroescala de grafeno começou nos últimos anos e está aumentando gradualmente. Os revestimentos de grafeno caídos no substrato de aço têm a capacidade de reduzir o atrito e o desgaste no ar e secar uma atmosfera de nitrogênio (Berman et al., 2013a; Berman et al., 2013b), mas um coeficiente de atrito mais baixo ainda é necessário. Semelhante a outros materiais de carbono, umidade ou atmosfera também tem uma influência óbvia no desempenho do atrito do grafeno (Erdemir, 2001; Yen et al., 2004; Bhowmick et al., 2014). Como um novo lubrificante sólido emergente, a estrutura de papel fino grafeno possui muitas superfícies expostas que podem fornecer conveniência para a caracterização da microestrutura de grafite, que pode ser acessível para explorar a estrutura intrínseca da interface de contato deslizante do grafeno (Maciel et al., 2020). O coeficiente de fricção de grafeno também depende de sua microestrutura, portanto, pode -se presumir que o grafeno com nanopartículas intactas pode mostrar excelente desempenho lubrificante. Em particular, a estrutura de deslizamento altamente ordenada na interface deslizante permite que o grafeno obtenha fricção de superlow macroscale (Song et al., 2017), e a microestrutura deslizante em camadas ideal é o pré -requisito para o grafeno exibir comportamentos tribológicos de excelente macroescala (Li et al., 2020; Gao et al., 2020). Nos últimos anos, pesquisas sobre as propriedades tribológicas do grafeno estão focadas principalmente na microescala e em teoria (Hirano e Shinjo, 1990) (Dienwiebel et al., 2004; Song et al., 2018) e pode fornecer orientação para a pesquisa em macroescala. O atrito em microescala ocorre na pequena interface de contato ideal, e a nanopartícula intacta do grafeno pode obter baixo atrito (Hod et al., 2018; Chen e Li, 2020). No entanto, na macroescala, a interface de contato tem fatores grandes e abundantes que influenciam o desempenho de atrito (Cooper et al., 2019; Yu et al., 2020). Em particular, as nanopartículas de grafeno têm uma área de superfície alta e alta e absorvem mais facilmente as moléculas de gás circundantes quando expostas a uma atmosfera, o que afetaria facilmente as propriedades tribológicas macroescala. Estudos anteriores de macroescala indicam que o grafeno exibe baixo atrito em ambientes de umidade, hidrogênio ou ar com moléculas de gás ativas e mostram a resposta aos ambientes da atmosfera circundante (Berman et al., 2015; Li et al., 2017; Gao et al., 2018). Para entender a origem subjacente do desempenho tribológico do grafeno, a relação entre as mudanças da microestrutura e as propriedades tribológicas ainda precisa ser explorada e pode esclarecer o mecanismo de lubrificação de macroescala do grafeno (grafeno esfoliado mecanicamente foi usado neste trabalho), assim, para entender o mecanismo de lubrificação da macroescala do grafite de grafite.

Com base nisso, as propriedades tribológicas macroescala de grafeno nas atmosferas de ar e nitrogênio foram exploradas, e os comportamentos de resposta nas atmosferas circundantes foram estudados. Em seguida, a microestrutura correspondente da interface deslizante e as morfologias do par de atrito foram caracterizadas pelo microscópio eletrônico de transmissão (TEM) e espectros de Raman, bem como a imagem óptica para investigar a influência dos ambientes de atmosfera na microestrutura e o efeito de oposição de fricção macroescala do grafeno. The research of the structural evolution induced by the surrounding atmospheres and their influence on the friction coefficient during the atmosphere change helps reveal the macroscale tribological performance of graphene and thus furthers understanding of the lubricating mechanism of graphite at the macroscale, which could be significant for providing guidance for graphene (graphite) to be used as a solid lubricant at the macroscale.

Métodos

Materiais e preparação de amostra

O grafeno em pó foi adquirido da Nanjing Jicang Nano Technology Company Limited (Nanjing, China), e as nanopartículas de grafeno são preparadas por esfoliação mecânica. O álcool volátil de grau analítico (Tianjin, China) foi obtido comercialmente. O pó de grafeno comprado e o álcool volátil sem tratamento químico foram escolhidos para explorar as propriedades inerentes ao grafeno puro. A estrutura original do grafeno é mostrada na Figura 1. O pó de grafeno acima foi disperso em álcool volátil de 100 ml a uma concentração de massa de 2 g/L, e a dispersão foi pulverizada no substrato de aço M2 imediatamente após 30 min ultrassônico (a Figura 2A mostra o processo de preparação da amostra). Antes do processo de pulverização, o substrato de aço M2 foi lixado por uma lixa de 1.000 grãos. Durante o processo de pulverização, o nitrogênio seco de alta pureza foi usado como gás transportador a uma pressão de 0.2 MPa (o esquema foi mostrado na Figura 2b) e as amostras obtidas foram secas no vácuo a 80 ° C por 1 h para comprar os revestimentos de grafeno.

www.frontiersin.org

FIGURA 1. Microestrutura original do grafeno: (A) Padrões de DRX, (B) Espectroscopia Raman, (C) Morfologia do grafeno HRTEM, (D) Tamanho lateral das nanopartículas de grafeno.

Curvas atraentes: o papel das deformações na adesão e atrito no grafeno †

P. V. Antonov ‡ A, P. Restuccia B, M. C. Righi * b e j. C. M. Frenken§ * ac
Um Centro de Pesquisa Avançada de Nanolitografia, Science Park 106, 1098 XG Amsterdã, Holanda. E-mail: [email protected]
B Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Bolonha, Viale Berti Pichat 6/2, 40127, Bolonha, Itália. E-mail: [email protected]
C Instituto de Física, Universidade de Amsterdã, Science Park 904, 1098 XH Amsterdã, Holanda

Recebido em 5 de maio de 2022, aceito em 7 de setembro de 2022

Publicado pela primeira vez em 14 de setembro de 2022

Abstrato

As medições de microscopia de força de atrito revelam uma diferença dramática de um fator 3 entre as forças de atrito experimentadas no grafeno de monocamada única em cima de substratos de cobre oxidados e não oxidados. Associamos essa diferença à adesão forte e fraca de que as experiências de grafeno nesses dois substratos, respectivamente, mas argumentam que é grande demais para ser atribuído a uma diferença na área de contato ou a uma diferença de comensurabilidade de contato ou mesmo a uma combinação desses dois efeitos. Usamos a teoria funcional da densidade para mostrar um aumento significativo na reatividade química do grafeno quando é curva.

1. Introdução

Grafeno é uma única monocamada de SP 2 Carbono ligado. É o material mais leve, mais fino e mais forte conhecido até o momento 1 e as propriedades novas e extremas continuam a ser adicionadas à lista de crescimento para este material bidimensional especial, material bidimensional. Como o grafeno forma um constituinte natural de grafite e grafite é comumente usado como um lubrificante sólido, as propriedades de atrito do grafeno também atraíram atenção e até uma única camada de grafeno é conhecida por reduzir o atrito seco e o desgaste no contato deslizante. 2–11 Experiências de atrito em nanoescala com microscopia de força de atrito (FFM) demonstraram que o atrito no grafeno pode depender de maneira sensível do número de camadas de grafeno 12–14 e atinge aproximadamente o valor da grafite em massa apenas com uma espessura de quatro camadas. 15

Como o grafeno tem uma rigidez de flexão fora do plano relativamente baixa, ele pode facilmente inchaço (Pucker) em frente à ponta do AFM deslizante. 15 Este efeito foi observado especificamente em óxido de silício e substratos de cobre, os quais têm fraca adesão ao grafeno. O enrugamento foi considerado sensível ao número de camadas de grafeno e se tornou menos pronunciado, à medida que o número de camadas aumenta. O último efeito está associado à adesão mais forte da camada superior do grafeno às camadas de grafeno subjacentes, o que reduz o enrugamento e é acompanhado por uma redução na força de atrito. Do mesmo modo, o enrugamento é suprimido em substratos aos quais o grafeno experimenta forte adesão, como mica, 15 sobre a qual a força de atrito é observada para não depender do número de camadas de grafeno.

O aumento do atrito associado ao efeito de enrugamento foi originalmente atribuído ao aumento da área de contato entre a ponta AFM e a dobra que ele introduz no grafeno na frente de si mesma. 15–17 mais tarde, os mesmos autores mostraram que o aumento do atrito foi substancialmente maior que a mudança na área de contato que eles estimaram devido ao enxugo do grafeno. Portanto, eles propuseram uma explicação alternativa, na qual um papel fundamental foi dado à liberdade do grafeno para se deformar localmente, a fim de otimizar sua comensurabilidade com essas regiões na ponta, à qual fez contato íntimo. Esse efeito de compensabilidade de contato pode realmente ser reconhecido nas simulações clássicas de MD. 18 Experiências recentes de microscopia de atrito sobre grafeno independente forneceram mais evidências para esse cenário. 19

Os cálculos recentes da teoria funcional da densidade (DFT) revelaram que a adesão de uma única camada de grafeno a um substrato metálico é altamente sensível à estrutura eletrônica desse substrato. Por exemplo, o grafeno se liga mais fortemente ao ferro do que ao cobre, porque os estados d de ferro, que são parcialmente ocupados, re -reibridam com os orbitais π de grafeno, promovendo assim a quimisorção em vez de fishisorção. 20 Essas diferenças têm um impacto direto no comportamento tribológico do grafeno nos dois substratos diferentes. 21,22

Neste artigo, apresentamos um estudo experimental e teórico combinado da interação entre uma monocamada de grafeno e seu apoio e a influência dessa interação no atrito. Como suportes para o grafeno, usamos cobre limpo e cobre oxidado, e descobrimos que as forças de atrito experimentadas no grafeno nesses suportes diferem por um fator 3 – de longe o maior contraste de atrito encontrado no grafeno até o momento. Essa diferença excede o efeito combinado do aumento induzido por enrugamento na área de contato e a melhoria da comensurabilidade de contato assistida por deformação, mencionada acima, e sugere a contribuição de uma fonte de influência ainda mais forte na força de atrito. Aplicamos cálculos da teoria funcional da densidade (DFT) para revelar que o enrugamento induz uma re-hibridação das ligações de carbono nas regiões de grafeno dobradas, o que as transforma de inertes para ‘reativo’. Uma gorjeta deslizando para essa região, portanto, experimenta maior adesão e atrito.

Nosso estudo pode ser relevante no contexto de possíveis aplicações de grafeno de camada única em contatos deslizantes a seco, especialmente nos casos em que podem ser necessários um ajuste fino local de forças de atrito, e e.g. , em dispositivos MEMS ou NEMS. 23,24

2. Resultados e discussão

2.1. Resultados experimentais

Começamos caracterizando o sistema de grafeno sobre cobre recém-depositado, preparado como descrito na Seção 3. Figo. 1 apresenta um espectro raman típico, obtido 10 dias após o grafeno ter sido depositado. O pico 2D simétrico e afiado a 2727 cm -1 confirma que esta é uma única camada de grafeno, enquanto a ausência de um pico D a 1350 cm -1 demonstra a ausência de defeitos de cristal dentro dos grãos de grafeno e deve ser tomada como assinatura da boa qualidade do material. 25,26 também a taxa de intensidade entre os picos 2D-G, i 2d/ EU G, que é um pouco maior que a unidade, indica a presença de apenas grafeno de monocamada. Observe que essa proporção depende fortemente da energia de excitação a laser e que é sensível aos detalhes da ligação entre a camada de grafeno e o substrato. 27 Foi demonstrado que na faixa de laser verde (energia de excitação de 2.2 ÷ 2.4 eV) A ​​intensidade do perfil de ressonância Raman se torna mais forte do que em energias mais altas (acima de 2.8 eV). Este efeito está relacionado à faixa de fotoluminescência do substrato Cu. Em nossos experimentos, empregamos um comprimento de onda a laser de 514 nm, o que corresponde a uma energia de excitação de 2.41 eV. O espectro adquirido está de acordo com a literatura. 25–27 Para completude, mencionamos que o fundo da luminescência do substrato de cobre foi subtraído do espectro em fig. 1.

Figo. 1 Espectro Raman de uma amostra de grafeno cultivada, 10 dias após o crescimento do CVD do grafeno em um filme de cobre (111)-texturizada na superfície (111) da safira. Os picos G e 2D são rotulados, assim como o local onde o pico D, devido a defeitos estruturais, deve-se esperar. O espectro indica que esta é uma única camada de grafeno de qualidade estrutural relativamente alta, i.e. , baixa densidade de defeitos.

Além dos espectros Raman, inspecionamos as amostras de grafeno sobre o cobre longamente com o AFM, como ilustrado por FIG. 2a. Defeitos onde o grafeno estava ausente localmente foram encontrados de vez em quando. Nesses locais, foi possível medir a altura do sobreposição e também essas medições verificou invariavelmente o caráter de monocamada única do nosso material. As imagens de inspeção óptica e AFM indicam que a monocamada de grafeno cobriu todo o substrato uniformemente e que o substrato (mais grafeno) era relativamente plano (± 10 nm).

Figo. 2 Imagens AFM e micrografia óptica de uma superfície de cobre coberta de grafeno. (a) Imagem AFM alguns dias após a deposição de grafeno e subsequente exposição ao ar. (b) Imagem AFM quase a mesma região de superfície após 2 meses de exposição adicional ao ar. Observe a rede de linhas e ilhas salientes, associadas à oxidação do substrato de cobre subjacente via GGBS. (c) Micrografia óptica de uma área diferente da mesma superfície após 2 meses de exposição ao ar, mostrando também a rede de GGBs decorados com óxido. A imagem também mostra um CU GB. Observe que as orientações dos GGBs não parecem ser afetadas pela orientação do CU GB.

Após a deposição e a caracterização inicial, as amostras de grafeno sobre cobre foram armazenadas à temperatura ambiente no ar a uma umidade relativa de aproximadamente 50%, por uma duração total de dois meses. Descobrimos que não apenas as superfícies nuas de cobre mudaram sob a influência da atmosfera, mas também a topografia da superfície de nossas amostras de grafeno sobre o cobre evoluíram lentamente. Isso pode ser reconhecido comparando a imagem AFM em fig. 2b, tirado na amostra coberta de grafeno após dois meses de exposição ao ar, com o ‘fresco’ um na fig. 2a e c mostram uma micrografia óptica da mesma amostra, com dois meses a ar coberta de grafeno, coberta de grafeno. Como mencionado acima, a imagem AFM em fig. 2a é característico para grafeno de alta qualidade em cobre relativamente plano e liso. Ele mostra uma variação modesta de altura e as etapas atômicas individuais do substrato de cobre podem ser distinguidas. Além desses recursos, fig. 2b, que mostra quase a mesma área, revela uma boa rede de linhas e ilhas salientes. Normalmente, as alturas dessas saliências não excedem 5 nm. A imagem óptica de fig. 2C mostra uma rede semelhante, de linhas e ilhas onde o contraste óptico mudou. Associamos essas mudanças lentas à oxidação do substrato de cobre, como será ainda mais substanciado pelas medições de espectroscopia AFM e Raman, discutidas abaixo. O grafeno estruturalmente perfeito é impenetrável para oxigênio e defeitos estruturais no grafeno, como os limites dos grãos de grafeno (GGBs), formam os únicos locais onde o oxigênio pode passar e alcançar o cobre. 28 Isso dá origem a uma oxidação lenta e limitada por difusão do substrato de cobre, que entra no GGB e se espalha de lado para oxidar o cobre sob o grafeno.

Para completude, mencionamos que a imagem óptica também contém um defeito estendido que é claramente diferente em forma e contraste do GGBS decorado com óxido. Nós o associamos ao filme de cobre e o interpretamos como um limite de grão de cobre (GB). As orientações dos GGBs parecem não depender da orientação das etapas de cobre e do GB de cobre (fig. 2C). Os pontos pretos, visíveis principalmente no GB de cobre na micrografia óptica (fig. 2C), são regiões de óxido de cobre a granel que cresceram em altura acima da superfície da amostra e não estão mais vestidos com grafeno. Concluímos isso das medições de Raman realizadas nesses locais. Presumivelmente, essas regiões são formadas em locais onde a maior densidade de defeitos, tanto no grafeno quanto no cobre subjacente, permite uma taxa de oxidação relativamente alta. 28

Para adquirir evidências diretas para a oxidação local do substrato de cobre, medimos os espectros Raman nas áreas modificadas, próximas a um GGB, e as comparamos com espectros tomados nas áreas não modificadas, a distâncias dos GGBs mais próximos de pelo menos 20 μM. Um exemplo de espectro Raman em uma região saliente que decorava um GGB é apresentada como o gráfico superior em fig. 3. Este espectro deve ser comparado com o gráfico inferior, tirado na mesma amostra, em uma região distante dos GGBs que parecem não afetados pelos dois meses de exposição ao ar. Os três picos no espectro superior em 149, 218 e 653 cm -1 são a assinatura de Cu2O, 29 e apoiar nossa interpretação de que o substrato de cobre é oxidado no local da protrusão. Esses picos estão ausentes no espectro inferior, de acordo com a ideia de que o grafeno protegeu a maior parte do substrato de cobre da oxidação. Descobrimos que no cobre oxidado, os picos G e 2D do grafeno estão presentes, indicando que o grafeno ainda está lá e não está oxidado. Os picos G e 2D são ambos ‘deslocado para vermelho’ com relação aos picos correspondentes para ‘regular’ grafeno em cobre não modificado (fig. 1 e gráfico inferior em fig. 3), de 1592 a 1585 cm -1 para o pico G e de 2727 a 2680 cm -1 Para o pico 2D. Anteriormente, foi relatado um turno vermelho semelhante dos picos característicos de Raman para amostras de cobre revestidas por grafeno que foram oxidadas de propósito com radiação ultravioleta (UV) em uma atmosfera de oxigênio. 28,30 Curiosamente, é conhecido um desvio para o vermelho dos picos característicos que se originam da tensão de tração no grafeno. No nosso caso, há uma razão natural para essa tensão em vista do aumento do volume abaixo do grafeno devido à oxidação do cobre. 30 Usando as observações de referência. 31 Como nosso quadro de referência, associamos os turnos vermelhos em fig. 3 a uma mudança de tração na tensão do grafeno entre 0.5 e 1.5%. Há também uma mudança na proporção de intensidade dos picos 2D e G, que é igual a eu 2d/ EU G = 2.3 no cobre oxidado (gráfico superior em fig. 3), que é muito maior que a proporção de aproximadamente unidade para áreas não oxidadas (cf. Figo. 1 e gráfico inferior em fig. 3).

Figo. 3 Espectros Raman tirados com um comprimento de onda de excitação de 514 nm em uma amostra de grafeno sobre cobre, depois de ter sido exposto ao ar por 2 meses. (Spectrum superior, vermelho) Medição em uma região GGB saliente. (Espectro inferior, preto) Medição de referência longe do GGBS. Observe os picos extras no espectro superior, em 149, 218 e 653 cm -1, associados ao Cu2O. Observe também o ‘turnos vermelhos’ dos picos G e 2D no substrato oxidado e a ausência de um pico D a 1350 cm -1 .

Apesar da mudança de tensão, o espectro Raman na região oxidada não continha um pico D detectável, mostrando que a oxidação do substrato e a tensão interna na sobreposição de grafeno não foram acompanhadas por defeitos estruturais no grafeno.

Usando o AFM, medimos a topografia local e o comportamento de atrito das amostras de grafeno sobre cobre, antes e depois da exposição ao ar prolongada. Figo. 4a e b apresentam uma combinação de medições de altura e força lateral em 1.5 × 0.5 μm 2 área da amostra exposta, centrada em torno de uma região de óxido com um GGB no meio; O GGB funciona aproximadamente verticalmente no meio da imagem e se destaca mais claramente no mapa de força lateral do painel (c). As medições do AFM foram realizadas em ambiente em uma força normal f N na faixa de 23.7 a 33.0 nn, usando um cantilever com um coeficiente de mola normal de 0.09 n m -1 e um coeficiente de primavera lateral de 38 n m -1 . Os gráficos em fig. 4a e b mostram altura típica e curvas de força lateral; Eles foram levados ao longo das linhas tracejadas brancas nas duas imagens correspondentes. As medições de altura mostram que a região do óxido é maior que a superfície circundante e não oxidada em 2 a 4 nm. Curiosamente, as medidas da força lateral f eu No painel (b) indica que a força de atrito experimentada pela ponta AFM no grafeno em cobre oxidado é significativamente menor do que no de cobre não oxidado. Isso pode ser reconhecido pelo contraste na imagem da força de atrito, a cor mais brilhante correspondente a um menor valor absoluto da força lateral e das mudanças nas curvas de rastreamento e retração no gráfico de força lateral correspondente, o valor absoluto para a força lateral para ambas as curvas minimal. Observe que um máximo local é observado na força lateral em todo o GGB (fig. 4b).

Figo. 4 Comparação quantitativa das propriedades de atrito do grafeno em cobre e grafeno no CU2O. (a) Imagem regular de altura AFM, ampliada em um 1.5 × 0.5 μm 2 Região da amostra de cobre coberta de grafeno com uma região oxidada no centro, combinada com um único perfil de altura tomado ao longo da linha tracejada na imagem. (b) Imagem de força lateral da mesma área, tomada na direção da retração (direita para a esquerda) em uma força normal de fN = 23.7 nn, combinado com dois perfis de força lateral, tomados nas direções de traço e retração ao longo da linha tracejada na imagem (mesmo local que a linha tracejada em (a)). (c) Dependência do (valor absoluto da) força lateral da força normal para grafeno em cobre e grafeno no CU2O, medido ao longo da mesma linha tracejada em (a) e (b); as encostas indicam o coeficiente de atrito.

Evidências adicionais para diferenças no comportamento de atrito entre as regiões oxidadas e não oxidadas vêm de medições da força lateral em função da força normal, mostrada em FIG. 4c. Para as regiões oxidadas e não oxidadas, as forças laterais, plotadas em fig. 4c, foram calculados como a força lateral média em medições como as da fig. 4b, sobre regiões que não estavam próximas das transições entre cobre e óxido nem perto de outras características topográficas significativas que poderiam levar a artefatos na força lateral medida. As margens de erro em fig. 4c indicam os desvios padrão das médias medidas, as margens de erro nos dados para as regiões oxidadas (quadrados vermelhos) caindo apenas dentro do tamanho do símbolo.

Da fig. 4C, reconhecemos que não apenas a força de atrito é menor nas regiões oxidadas, mas também o coeficiente de atrito, eu.e. , a inclinação μ = df eu/ df N. Isso pode ser visto diretamente dos dois ajustes lineares em fig. 4c. Encontramos μ boi = 0.034 ± 0.02 para o atrito no grafeno em cobre oxidado e μ UNOX = 0.093 ± 0.02 para o atrito no grafeno em cobre nu.

2.2. Enrugando como uma interpretação qualitativa

Foi sugerido anteriormente que o deslocamento lateral da ponta que desliza sobre o grafeno pode fazer o grafeno sair localmente do substrato, formando uma protuberância na frente da ponta, quando a interação da ponta com o grafeno é suficientemente forte em relação à aderência de grafeno-substrato. Estudos sistemáticos de AFM para diferentes materiais em camadas mostraram que este enrugado é um fenômeno universal para materiais fracamente aderentes ou suspensos livremente. 3,8,15,32,33 Por sua vez, é suprimido para substratos fortemente aderentes. 15

Interpretamos nossa descoberta experimental de que o atrito é baixo em cobre oxidado como conseqüência da redução do efeito de enrugamento no CU2O Com relação ao cobre não oxidado. Foi demonstrado que o grafeno exibe forte adesão em outros óxidos, Al2O3 e si2O, quase igualmente forte como o de Fe. 21 Como sabe -se que a adesão cresce com o aumento da constante dielétrica do substrato e o valor de ε Cu2O = 18.1 para Cu2O é muito maior que o para Si2O de ε Si2O = 3.5, 34 Podemos esperar que a adesão do grafeno seja ainda mais forte no CU2O do SI2O.

Na próxima seção, usamos cálculos de DFT para explorar se a adesão entre grafeno e Cu2O difere o suficiente daquele entre grafeno e cobre nua para apoiar a idéia de que o branqueamento é suprimido pela oxidação do substrato. E em segundo lugar, pretendemos explicar por que essa supressão de enrugamento é acompanhada por uma redução tão consistente de atrito.

Além do aumento da aderência do substrato de grafeno, podemos imaginar duas contribuições adicionais para a redução de enrolamento de grafeno no óxido. A primeira é que uma rugosidade mais alta do substrato pode reduzir a adesão entre a ponta e o grafeno e, assim, suprimir o efeito de enrugar entre eles. 35 Medimos uma rugosidade RMS para o grafeno no CU2O de 0.7 nm, de fato mais alto que a rugosidade de 0.4 nm para grafeno em cobre nua. A camada de grafeno em cobre nua apresenta enrugamento mais alto do que em cobre oxidado, mesmo que o último substrato seja um pouco mais áspero. Esse efeito contra-intuitivo é explicado pelo nível diferente de adesão estimado pelos cálculos da DFT, o que facilita muito o grafeno de deformar a deformação fora do plano muito mais fácil no substrato fracamente aderente. A segunda é que o aumento do volume devido à oxidação local do substrato introduz a tensão de tração no sobreposição de grafeno, esticando as rugas e tornando o grafeno menos propenso a embrulhar o ápice da ponta. Não se espera que nenhuma dessas contribuições extras seja suficiente para explicar a diminuição dramática do atrito.

2.3. Cálculos de DFT

As estruturas otimizadas do grafeno adsorvido nos quatro substratos considerados são mostrados em fig. 5, juntamente com as energias de ligação calculadas, e b e distâncias, D . O resultado do grafeno em cobre nu, que se enquadra na faixa típica de interações fisioissorção, está de acordo com os cálculos teóricos anteriores. 36–38 Não estamos cientes de nenhum cálculo teórico anterior de adsorção de grafeno em óxido de cobre. Nossos cálculos revelam que a oxidação do cobre leva a um aumento da adesão do grafeno ao substrato. This result, which is independent of the surface orientation of the oxide, can be explained by considering the different reactivity of the Cu atoms in the clean and oxidized samples: the Cu atoms of the elemental substrate have fully occupied d orbitals and are less reactive when exposed at the surface than the Cu atoms at surfaces of the three oxide substrates, where the re-hybridization, caused by the interaction with the oxygen, results in a number of under-coordinated sites at the surface that are more reactive. 39 no CU2O (111) substrato, em particular, os átomos de cobre sub-coordenados tendem a formar ligações químicas com os átomos de carbono acima, o que introduz menores deformações fora do plano na camada de grafeno e aumenta sua energia de ligação por mais de um fator dois em relação ao cobre puro.

Figo. 5 Resultados da DFT para as geometrias, energias de ligação, e b e distâncias de ligação, d para grafeno em (a) Cu (111), (b) Cu2O (100): Cu, (c) Cu2O (100): o e (d) cu2O (111).

Os resultados relatados em fig. 5 foram calculados dentro da aproximação do LDA. Os obtidos usando outros funcionais de troca, incluindo as interações van der Waals, são relatados no ESI.† É importante ressaltar que a tendência observada para a ligação de grafeno nos diferentes substratos é comum a todos os funcionais considerados.

A diferença nas energias de ligação que nossos cálculos revelaram para grafeno na Cu elementar e oxidada, pode estar relacionada à diferença nas propriedades de atrito observadas em nossos experimentos. Em particular, devemos esperar que o aumento da energia de ligação que ocorra após a oxidação do substrato Cu suprime o efeito de enrugar. De fato, como foi sugerido para explicar o comportamento de atrito diferente de filmes de grafeno multicamadas em diferentes substratos, 15 uma redução de enrolamento de grafeno resulta em uma diminuição de atrito. Aqui, inspecionaremos a relação entre enrugar e atrito em mais detalhes. Como mencionado na introdução, duas hipóteses principais foram propostas nesse contexto, a saber, o aumento da área de contato causada pela formação de uma protuberância na frente da ponta e o aumento da comensurabilidade entre a ponta e o grafeno, habilitado pela flexibilidade do grafeno em substratos fracamente atraentes. Parece irrealista que um desses efeitos ou mesmo uma combinação dos dois possam levar à redução observada no atrito por quase um fator três.

Aqui, introduzimos uma nova explicação, com base na análise da reatividade química do grafeno em função de sua curvatura. Em particular, propomos que o branqueamento de grafeno seja acompanhado por uma mudança na hibridação dos átomos de carbono da SP 2 para sp 3 -como, com um aumento correspondente da reatividade devido ao aparecimento de laços pendentes. Esta hipótese está de acordo com a observação de que as moléculas de água quimisorb dissociativamente em regiões de grafeno curvas, enquanto elas fracamente física em grafeno plano, conforme revelado por simulações dinâmicas QM/MM realizadas pelo nosso grupo. 40

Para verificar essa hipótese, calculamos o efeito de várias curvaturas na energia da superfície do grafeno independente. Como mostrado em fig. 6b, onde a curvatura considerada é a mesma que a de fig. 5d, uma pequena deformação fora do plano, induzida pela interação com o Cu2O (111) substrato, não resulta em um aumento significativo da energia da superfície em relação ao grafeno plano (FIG. 6a). Por outro lado, o imposto 0.3 nm enrugando em fig. 6c é acompanhado por um enorme aumento da energia da superfície por 4 JM −2 . A estrutura de grafeno curvo da fig. 6C foi obtido pela otimização estrutural de um sistema de grafeno independente composto por 50 átomos de carbono em uma supercélula da qual a área do plano foi deliberadamente feita 19% menor que o tamanho do equilíbrio. Embora essa situação altamente tensa deva ser considerada como um exagero em relação às configurações típicas que devem ser esperadas no caso do enrugamento induzido por contato de ponta, o exemplo da fig. 6c é útil para enfatizar o enorme aumento de energia que é introduzido no grafeno pela distorção de enrugamento.

Figo. 6 Resultados da DFT para as geometrias, energias de superfície e deformações fora do plano de grafeno com três curvaturas diferentes. (a) grafeno plano e livre, (b) grafeno levemente curvado no Cu2O (111) e (c) grafeno independente com uma forte curvatura, imposta por uma compressão lateral de 19%. As energias de superfície são expressas como a diferença em relação ao valor da camada de grafeno independente.

O aumento da energia e, portanto, na reatividade dos hastes de grafeno de uma redistribuição da carga eletrônica dentro da rede de carbono. Para visualizar esse efeito, calculamos os rearranjos de carga que ocorrem para camadas de grafeno planas e enrugadas, quando são formadas a partir de um arranjo hipotético de átomos de C inicialmente não interagentes, localizados nas mesmas posições. Como mostrado em fig. 7, a interação carbono -carbono causa um acúmulo de carga (em vermelho) ao longo das ligações de grafeno e uma depleção correspondente (em azul) de outras regiões entre os átomos, e.g. , Do centro dos anéis de grafeno, onde as distribuições de densidade de elétrons dos átomos inicialmente não interagentes se sobrepõem. Comparando as vistas superior e lateral em fig. 7b e d para a estrutura enrugada com as vistas correspondentes em fig. 7a e c Para o arranjo plano, reconhecemos que as ligações ao longo das inclinações do grafeno curvo contêm uma quantidade maior de carga do que as do grafeno plano e que uma depleção de carga maior ocorre acima e abaixo desses átomos, indicando que os orbitais P desapareceram e a hibridação não pode mais ser considerada como SP 2 . Essa mudança nas densidades eletrônicas também se reflete em fig. 8 Na estrutura da banda do grafeno curvo, no qual uma lacuna é aberta no ponto K que distorce os cones Dirac e remove o ponto Dirac, os dois recursos definidores na estrutura da banda do grafeno plano.

Figo. 7 Resultados da DFT para a redistribuição de carga eletrônica, quando as interações são ‘comutado’ Entre os átomos de carbono em grafeno plano (painéis A e C) e em grafeno enrugado (painéis B e D). Cores vermelhas e azuis indicam acumulação e depleção de densidade de elétrons, respectivamente. Enquanto a redistribuição da camada plana é ilustrativa para o SP 2 A ligação na rede de grafeno, o esgotamento da carga nos centros dos anéis hexagonais é indicativo da perda dos orbitais P e da transição local de um SP 2 para um sp 3 configuração.
Figo. 8 Estrutura de banda eletrônica para grafeno plano (preto) e enrugado (vermelho), ao longo de três direções de alta simetria na primeira zona de Brillouin do grafeno. Além de alterações induzidas por distorção nas autonergias precisas, o gráfico mostra que o enrugamento do grafeno leva a uma distorção pesada dos cones Dirac característicos ao redor do ponto K e a abertura que o acompanha de uma diferença de energia significativa em vez dos pontos Dirac do grafeno plano. Essas mudanças na estrutura da banda são refletidas nas mudanças na distribuição da densidade de carga da fig. 7 e a reatividade aprimorada do grafeno curvo.

A maior reatividade do grafeno curvo não é um novo conceito na literatura: este sistema já foi proposto como uma configuração eficiente para armazenamento de hidrogênio. 41,42 Como evidência adicional de seu aumento da reatividade, mostramos no ESI † que a energia de adsorção das moléculas de hidrogênio no grafeno plano (+0.91 eV por h2 molécula) é bem diferente daquela no grafeno curvo (-0.36 eV por h2 molécula) e certamente mais a favor deste último. Portanto, nossos cálculos e dados experimentais sugerem uma nova hipótese sobre o efeito de enrugamento presente em experimentos de nanotribologia. Em vez de aumentar a área de contato entre a ponta e o substrato, propomos que seja o aumento da transferência de carga de grafeno curvo que leva a um aumento da reatividade que pode explicar o atrito maior entre a ponta e a amostra observada nos experimentos.

3. Conclusões

Com base em nosso estudo experimental e teórico combinado, concluímos que a oxidação local do substrato de Cu sob uma monocamada de grafeno leva a um aumento significativo na adesão do grafeno ao substrato e uma redução de acordo com o efeito de prejudicação. A diminuição do acompanhamento na força de atrito medida é tão grande que não pode ser atribuída apenas a mudanças na área de contato ou comensurabilidade local. Como a contribuição dominante para a grande diferença no atrito, identificamos a mudança na estrutura eletrônica que as curvas introduzem localmente no grafeno enrugado e as mudanças correspondentes na reatividade e, portanto, a adesão e atrito entre o grafeno e a ponta do microscópio de força de fricção. Como a geometria nesses experimentos de maior asperidade pode ser semelhante às configurações locais em contatos prolongados e secos que são lubrificados por uma única monocamada de grafeno, devemos esperar uma dependência igualmente forte dos qualidades lubrificantes de tais contatos no estado de oxidação do substrato em que o grafeno reside. Isso deve ser relevante no contexto de dispositivos avançados de MEMS e NEMS, onde a lubrificação de grafeno é aplicada ou considerada.

4. Materiais e métodos

4.1. Experimental

Para nossos experimentos, usamos amostras de grafeno de alta qualidade e monocamamista obtidas de nanolaadas aplicadas B B.V. (ANL). 43 O grafeno foi cultivado por deposição de vapor químico (CVD) em filmes de cobre policristalino finos. Esses filmes de cobre foram formados pela deposição de pulverização de bolachas de cobre nas safiras (111) (diâmetro 51 mm, espessura de 750 μm). A espessura do filme de cobre foi de 1 μm. Os grãos de cobre no filme mostraram uma forte preferência pela (111) orientação da superfície. As amostras de grafeno sobre cobre foram inspecionadas em vários estágios do experimento com microscopia óptica e com espectroscopia Renishaw Raman com um comprimento de onda de excitação de 514 nm. Essas medições de espectroscopia Raman foram realizadas com um tamanho de ponto de aproximadamente 1 μm que poderia ser localizado em relação aos recursos nas imagens de microscopia óptica com uma precisão de vários micrômetros. Medições mais precisas de topografia e medições de força lateral foram feitas com um ícone Bruker AFM, usando sondas Si3N4 em forma de V (DNP-10). A calibração de força normal e lateral foi realizada de acordo com o método discutido em Ref. 44 e 45.

4.2. Teórico

We performed density functional theory (DFT) calculations within the plane-waves/pseudopotential scheme, 46 considering different approximations for the exchange-correlation functional, namely the local density approximation (LDA), the generalized gradient approximation due to Perdew, Burke and Ernzerhof (PBE), 47 and the PBE-D scheme. O último inclui interações de van -er-waals dentro da abordagem semi-empírica proposta por Grimme. 48

Estudamos a adsorção de grafeno, tanto em cobre quanto em óxido de cobre. No caso de cobre, consideramos a (111) superfície, como a superfície mais estável desse material e a preferida, como encontrado nos experimentos, enquanto para Cu2O consideramos três orientações de superfície diferentes, a fim de analisar os efeitos de diferentes estoquiometrias de superfície. Em particular, consideramos o CU2O (100): superfície Cu, terminando com uma camada de cobre; o cu2O (100): o superfície, terminando com uma camada de oxigênio e o Cu2O (111) superfície, terminando com uma camada que contém cobre e oxigênio na proporção estequiométrica 2: 1. As estabilidades relativas dessas superfícies mudam em função do potencial químico do oxigênio. 39

A adsorção de grafeno nesses substratos de cobre e óxido de cobre foi estudada usando supercélulas periódicas contendo uma laje de substrato e uma região a vácuo de 1 nm e 1.5 nm de espessura, respectivamente. O tamanho do plano das supercélulas foi escolhido de acordo com a incompatibilidade da treliça entre a camada de grafeno e o substrato: a célula (1 × 1) foi usada para Cu (111), uma célula (3 × 3) para Cu2O (100) e uma célula (2 × 2) para o Cu2O (111) superfície. Para todos os sistemas considerados, a incompatibilidade residual da rede entre grafeno e os substratos foi de cerca de 2.5%. Calculamos a energia de ligação de grafeno em um substrato como e b = (Esubstrato + E Grap – e tot)/ A, onde a é a área do plano da supercélula considerada, e substrato (E Grap) é a energia total de uma supercélula contendo o substrato isolado (grafeno) e e tot é a energia total da mesma supercélula que contém o grafeno adsorvido no substrato considerado. Mais detalhes computacionais são relatados no ESI, † juntamente com os resultados sobre estruturas em massa.

Contribuições do autor

P. V. Antonov: Investigação, Realização de Trabalho Experimental, Rascunho de Escrita-Original. P. Restuccia: investigação, cálculos teóricos, revisão de escrita e edição. M. C. Righi: conceituação do trabalho teórico, supervisão, revisão de redação e edição. J. C. M. Frenken: conceituação do trabalho experimental, supervisão, revisão de redação e edição.

Conflitos de interesse

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes ou relacionamentos pessoais que poderiam ter parecendo influenciar o trabalho relatado neste artigo.

Reconhecimentos

Os experimentos foram realizados no ARCNL, uma parceria público-privada da Universidade de Amsterdã (UVA), da Universidade VU Amsterdã, do Conselho de Pesquisa Holandesa (NWO) e do fabricante de equipamentos de semicondutores ASML. Os resultados teóricos fazem parte do projeto de slides que recebeu financiamento do Conselho de Pesquisa Europeia (ERC) sob o Horizon 2020 Programa de Pesquisa e Inovação da União Europeia. (Contrato de concessão no. 865633).

Referências

  1. C. Lee, x. Wei, j. C. Kysar e J. Hone, Science, 2008, 321, 385 CrossRefCaspubMed.
  2. O. Penkov, h.-J. Kim, h.-J. Kim e D.-E. Kim, int. J. Precis. Eng. Manuf. , 2014, 15, 577-585 Crossref.
  3. P. Egberts, g. H. Han, x. Z. Liu, a. T. C. Johnson e r. C. Carpick, ACS Nano, 2014, 8, 5010 CrossRefCaspubMed.
  4. A. J. Marsden, m. Phillips e n. R. Wilson, Nanotechnology, 2013, 24, 255704 CrossRefCaspubMed.
  5. J. S. Choi, j.-S. Kim, i.-S. Byun, d. H. Lee, m. J. Lee, b. H. Parque, c. Lee, d. Yoon, h. Cheong, k. H. Lee, Y.-C. Filho, j. Y. Parque e m. Salmeron, Science, 2011, 333, 607 CrossRefCaspubMed.
  6. T. Demirbaş e m. Z. Baykara, J. Mater. Res. , 2016, 31, 1914 Crossref.
  7. H. Lee, n. Lee, Y. SEO, J. Eom e s. Lee, Nanotechnology, 2009, 20, 325701 CrossRefpubmed.
  8. T. FILLETER, J. eu. McChesney, a. Bostwick, e. Rotenberg, k. V. Emtsev, t. Seyller, k. Horn e r. Bennewitz, Phys. Rev. Lett. , 2009, 102, 086102 CrossRefCaspubMed.
  9. Z. Deng, a. Smolyanitsky, q. Li, f. Xi-qiao e r. J. Cannara, Nat. Mater. , 2012, 11, 1032 CrossRefCaspubMed.
  10. D. Marchetto, t. Feser e M. Dienwiebel, Fricção, 2015, 3, 161 CrossRefcas.
  11. D. Marchetto, c. Realizado, f. Hausen, f. Wählisch, m. Dienwiebel e r. Bennewitz, Tribol. Lett. , 2012, 48, 77 CrossRefcas.
  12. K.-S. Kim, h.-J. Lee, c. Lee, s.-K. Lee, h. Jang, J.-H. Ahn, j.-H. Kim e H.-J. Lee, ACS Nano, 2011, 5, 5107 CrossRefCaspubMed.
  13. D. Berman, a. Erdemir e a. V. Sumant, ACS Nano, 2018, 12, 2122-2137 CrossRefCaspubMed.
  14. M. Schulzendorf, a. Hinaut, m. Kisiel, r. Jöhr, r. Pawlak, p. Restuccia, e. Meyer, m. C. Righi e T. Glatzel, ACS Nano, 2019, 13, 5485 CrossRefCaspubMed.
  15. C. Lee, q. Li, w. Kalb, x.-Z. Liu, h. Berger, r. C. Carpick e J. Hone, Science, 2010, 328, 76 CrossRefCaspubMed.
  16. Z. Sim, c. Tang, Y. Dong e um. Martini, j. Appl. Physiol. , 2012, 112, 116102 Crossref.
  17. Q. Li, c. Lee, r. C. Carpick e J. Hone, Phys. Status Solidi B, 2010, 247, 2909 CrossRefcas.
  18. S. Li, q. Li, r. C. Carpick, p. Gumbsch, x. Z. Liu, x. Ding, j. Sol e j. Li, Nature, 2016, 539, 541 CrossRefCaspubMed.
  19. S. Zhang, y. Hou, s. Li, l. Liu, Z. Zhang, x.-Q. Feng e q. Li, Proc. Natl. Acad. Sci. você. S. A. , 2019, 116, 24452 CrossRefCaspubMed.
  20. N. A. Vinogradov, a. A. Zakharov, v. Kocevski, J. Rusz, k. A. Simonov, o. Eriksson, a. Mikkelsen, e. Lundgren, a. S. Vinogradov, n. Mårtensson e a. B. Preobrajenski, Phys. Rev. Lett. , 2012, 109, 026101 CrossRefcas.
  21. P. Restuccia e m. C. Righi, Carbon, 2016, 106, 118 CrossRefcas.
  22. D. Marchetto, p. Restuccia, a. Balestrazzi, m. C. Righi, a. Rota e s. Valeri, Carbon, 2017, 116, 375 CrossRefcas.
  23. X. Zang, q. Zhou, j. Chang, Y. Liu e l. Lin, microeletron. Eng. , 2015, 132, 192 CrossRefcas.
  24. X. Fã, a. D. Smith, f. Forsberg, s. Wagner, s. Schröder, s. Sayedeh, a. Akbari, a. C. Fischer, l. Guillermo Villanueva, M. Östling, m. C. Deixe -me e f. Niklaus, Microsyst. Nanoeng. , 2020, 6, 17 CrossRefCaspubMed.
  25. Y. y. Wang, Z. h. Ni, t. Yu, z. X. Shen, h. m. Wang, Y. h. Wu, w. Chen e a. T. S. Wee, j. Phys. Chem. C, 2008, 112, 10637 CrossRefcas.
  26. eu. M. Malard, m. A. Pimenta, g. DressHHAUS e m. S. Dresselhaus, Phys. Rep. , 2009, 473, 51 CrossRefcas.
  27. S. D. Costa, a. Righi, c. Fantini, Y. Hao, c. Magnuson, l. Colombo, r. S. Ruoff e m. A. Pimenta, sólido estado de comunicação. , 2012, 152, 1317 CrossRefcas.
  28. D. eu. Duong, g. H. Han, s. M. Lee, f. Armas, e. S. Kim, s. T. Kim, h. Kim, q. H. Ta, k. P. Então, s. J. Yoon, s. J. Chae, y. C. Jo, m. H. Parque, s. H. Chae, s. C. Lim, j. Y. Choi e Y. H. Lee, Nature, 2012, 490, 235 CrossRefCaspubMed.
  29. B. K. Meyer, a. Política, d. Reppin, m. Becker, p. Hering, b. Kramm, p. J. Klar, t. Sander, c. Reindl, c. Heiliger, m. Heinemann, c. Müller e c. Ronning, em semicondutores e semimetais Ed. B. G. Svensson, s. J. Pearton e c. Jagadish, Elsevier, 2013, vol. 88, cap. 6 Pesquisar PubMed.
  30. X. Yin, y. Li, f. Ke, c. Lin, h. Zhao, l. Gan, Z. Luo, r. Zhao, t. F. Heinz e Z. Hu, Nano Res. , 2014, 7, 1613 CrossRefcas.
  31. M. Huang, h. Yan, c. Chen, d. Música, t. F. Heinz e J. Hone, Proc. Natl. Acad. Sci. você. S. A. , 2009, 106, 7304 CrossRefcas.
  32. C. Lee, x. Wei, q. Li, r. Carpick, J. C. Kysar e J. Hone, Phys. Status Solidi B, 2009, 246, 2562 CrossRefcas.
  33. T. Fileter e r. Bennewitz, Proc. Natl. Acad. Sci. você. S. A. , 2010, 81, 155412 Search PubMed.
  34. S. M. Música e b. J. Cho, Nanotechnology, 2010, 21, 335706 CrossRefpubmed.
  35. J. C. Spear, j. P. Custerb e J. D. Batteas, nanoescala, 2015, 7, 10021 RSC.
  36. P. A. Khomyakov, g. Giovannetti, p. C. Rusu, g. Brocks, j. Van den Brink e P. J. Kelly, Proc. Natl. Acad. Sci. você. S. A. , 2009, 79, 195425 Search PubMed.
  37. Z. Xu e m. J. Buehler, J. Phys.: Condens. Matter, 2010, 22, 485301 CrossRefpubmed.
  38. C. Gong, g. Lee, b. Shan, e. M. Vogel, r. M. Wallace e k. Cho, J. Appl. Phys. , 2010, 108, 123711 Crossref.
  39. A. Em breve, m. Todorova, b. Delley e c. Stampfl, Proc. Natl. Acad. Sci. você. S. A. , 2007, 75, 125420 Search PubMed.
  40. P. Restuccia, m. Ferrario e m. C. Righi, Carbon, 2020, 156, 93 CrossRefcas.
  41. S. Goler, c. Coletti, v. Tozzini, v. Piazza, t. Mashoff, f. Beltram, v. Pellegrini e S. HEUN, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 11506 CrossRefcas.
  42. V. Jain e b. Kandasubramanian, j. Mater. Sci. , 2020, 55, 1865 CrossRefcas.
  43. Nanolaadas aplicadas b.V., Materiais bidimensionais, Delft, Holanda, 2021, recuperados em 13 de setembro de 2022 de https: // www.AplicadoNanolayers.com/ produtos/ pesquisa PubMed.
  44. R. J. Cannara, m. Eglin e r. C. Carpick, rev. Sci. Instrum. , 2006, 77, 053701 Crossref.
  45. M. eu. B. Palacio e b. Bhushan, crítico. Rev. Solid State, 2010, 35, 73 CrossRefcas.
  46. P. Giannozzi, s. Baroni, n. Bonini, m. Calandra, r. Carro, c. Cavazzoni, d. Ceresoli, g. eu. Chiarotti, m. Cococcioni, i. Dabo, a. Dal Corso, S. de girelcoli, S. Fabris, g. Fratesi, r. Gebauer, u. Gerstmann, c. Gougoussis, a. Kokalj, m. Lazzeri, l. Martin-Samos, n. Marzari, f. Mauri, r. Mazzarello, l. Paulatto, c. Sbraccia, s. Scandolo, g. SclauZero, a. P. Seitonen, a. Smogunov, p. Umari e r. M. Wentzcovitch, j. Phys.: Condens. Matter, 2009, 21, 395502 CrossRefpubmed.
  47. J. P. Perdew, k. Burke e m. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. , 1996, 77, 3865 CrossRefCaspubMed.
  48. S. Grimme, J. Computação. Chem. , 2006, 27, 1787 CrossRefCaspubMed.