挑战:以高分辨率、非破坏性、快速、无接触的方式对大块材料、薄膜和石墨烯等2D材料进行电学特性映射
nanoGUNE所需要的是一种能够快速检查不同性质材料并具有高精度的系统,而无需破坏它们。
另一方面,Graphenea希望检查材料,以进行石墨烯制造过程的质量控制和新型先进材料的开发。
两者都在寻找一种能够以高分辨率、非接触、非破坏和快速方式对大块材料、薄膜和石墨烯等2D材料的电学特性(如导电性、电阻或载流子迁移率)进行映射的解决方案。
目前的方法非常缓慢,因为它们处于纳米尺度(拉曼、原子力显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜)或具有低分辨率(直流电导率、光学检查)。
das-Nano解决方案:用于先进材料的非破坏性和非接触电学表征的专利技术
das-Nano Onyx系统是nanoGUNE和Graphenea的完美解决方案。它是市场上第一个旨在提供石墨烯、薄膜和其他2D材料的非破坏性和非接触全区域表征的系统。
Onyx是一种基于太赫兹光谱的专利系统,通过对从0.5 mm²到大面积(m²)的材料进行非破坏性和非接触性的表征,弥合了宏观和纳米尺度工具之间的差距,提高了研究材料的工业化程度。这项技术无害,不需要样品准备,并允许测量样品质量的空间分布。太赫兹信号的空间分辨率在几百微米的数量级上,快速采集和处理太赫兹信号使得可以快速对大样品区域进行表征。
Onyx符合IEC TS 62607-6-10:2021技术规范,该规范涉及使用太赫兹时域光谱学测量基于石墨烯的材料的片阻抗。
结果:一个快速可靠的工具,提升您的研究材料
das-Nano Onyx提供了一种非破坏性、非接触性、快速和高分辨率的检测方法,用于映射大块材料、薄膜和石墨烯等2D材料的电学特性。
作为一种非接触、非破坏的方法,不需要样品准备,独特的研究样品可以多次使用太赫兹时域光谱学(THz-TDS)进行分析而不会改变样品。
获得样品整个区域的图像而不仅仅是单个点,可以识别缺陷、均匀性等。
在《使用电阻层析成像技术绘制石墨烯的电导率》(Cultrera等人,Scientific Reports,2019,9:10655)一文中,采用了接触方法(电阻层析成像技术(ERC)和范德堡测量)以及非接触的THz-TDS Onyx测量方法,获得了大面积石墨烯样品的电阻测量数据。下图比较了使用ERC和Onyx(TDS)获得的10×10 mm²区域的化学气相沉积(CVD)石墨烯电导率图。Onyx图像包含100×100个像素,每个像素对应一次测量,能够以非接触和无损的方式识别石墨烯样品表面的异质性,确保测量后样品的完整性。
在《Towards standardisation of contact and contactless electrical measurements of CVD graphene at the macro-, micro- and nano-scale》(Melios等人,Scientific Reports,2020,10:3223)一文中,展示了一种从纳米到宏观尺度范围内对CVD石墨烯电学性质进行测量的综合方法。电学表征通过结合多种技术手段实现,包括范德堡几何结构中的磁输运、使用Onyx系统进行太赫兹时域光谱映射(下图显示了两张电阻率图)以及经过校准的Kelvin探针力显微镜。结果展示了不同技术之间的优异一致性。
此外,在GRACE EMPIR/EURAMET项目中发表了两本关于石墨烯电学表征的良好实践指南。
- 《石墨烯电学表征的非接触和高通量方法的良好实践指南》(2020,A. Fabricius等人编辑,ISBN: 978-88-945324-2-5)。
- 《石墨烯电学表征的接触方法的良好实践指南》(2020,A. Fabricius等人编辑,ISBN: 978-88-945324-0-1)。
这两本指南的目标是满足在高度受控的环境条件下进行标准化电学测量的需求。