Title (eng)
Laser-induced effects on single layer graphene
Parallel title (deu)
Laser-induzierte Effekte auf Graphene-Monolagen
Author
Rasim Mirzayev
Advisor
Jannik C. Meyer
Assessor
Jannik C. Meyer
Abstract (deu)
In dieser Arbeit verwenden wir die Micro-Raman Spektroskopie und Raster-Kraft-Mikroskopie, um die Laser-induzierten Wirkungen von mechanisch expandiertem Einschicht-Graphen auf Si/SiO2-Substrate aufzuzeigen. Wir haben unsere Graphen-Proben für ca. 10 Minuten unter Umgebungsbedingungen durch die Verwendung eines Nd:YAG-Festkörperlaserbeschrifters mit einer Wellenlänge von 532 nm und einer maximalen Laserleistung von 32 mW bis 40 mW bestrahlt.
Unsere Versuchsergebnisse zeigen eindeutig, dass als Folge der Aussetzung von Einschicht-Graphen auf Hochleistungsleiser mehrere Vorgänge stattfinden. Einer dieser Vorgänge ist die chemische Funktionalisierung der Graphen-Kristallgitter, die durch photo-induzierte chemische Reaktionen erzeugt wurden. Diese haben vermutlich die umgebenden Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle eingeschlossen, die zwischen Si/SiO2-Substrat und Graphen gefangen waren. Zweitens, führt die Dissoziation von Klebstoffrückständen auf der Graphen-Oberfläche, als Folge der Laser-induzierten Erwärmung, zur Entstehung von amorphem Kohlenstoff und zur Hydrierung von Graphen. Eine dritte Folge ist die strukturelle Änderung des Graphens, nämlich von einer kristallinen Einschicht- zu einer nanokristallinen Struktur. Wir zeigen auch, dass die Reaktivität des Graphens mit der Laserbehandlung lokal verstärkt werden kann. Wie die Experimente bestätigt haben, treten alle diese Effekte als Folge der Laserbestrahlung auf. Aufgrund der gleichzeitigen und möglicherweise gegenläufigen Vorgänge ist es schwer, erhebliche Auswirkungen jedes einzelnen Vorgangs zu erkennen und zu unterscheiden und die Veränderungen in dem Raman-Spektrum des Graphens zu interpretieren.
Abstract (eng)
In this work we employ micro-Raman spectroscopy and Atomic Force Microscopy to reveal the laser-induced effects on mechanically exfoliated single-layer graphene on Si/SiO2 substrate. We irradiated our graphene samples for about 10 minutes in an ambient conditions by using a Nd:YAG visible laser with 532 nm wavelength and maximal power Plaser ranging from 32 mW to 40 mW.
Our experimental results show a clear evidence that several events take place as a consequence of exposure of monolayer graphene to the high power laser. One of those events is the chemical functionalization of the graphene crystal lattice, generated by photo-induced chemical reactions presumably involving surrounding oxygen and water molecules trapped between Si/SiO2 substrate and graphene. Secondly, the dissociation of adhesive residues present on the graphene surface, as a result of laser-induced heating, leads to the generation of amorphous carbon and hydrogenation of graphene. A third event is the structural modification of the single crystalline layer of graphene into a nanocrystalline structure. We also show that the reactivity of the graphene can be locally enhanced with laser treatment. As it has been confirmed by the experiments, all of these effects occur as a consequence of laser irradiation. Due to the simultaneous and possibly counteracting processes it is difficult to identify and distinguish significant effects of each event and interpret the changes in the Raman spectra of graphene.
Keywords (eng)
grapheneRaman spectroscopylaser irradiationdefects
Keywords (deu)
GraphenRamanspektroskopieLaser-BestrahlungDefekten
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1307723
rdau:P60550 (deu)
80 S. : Ill., graph. Darst.
Number of pages
80
Association (deu)
Title (eng)
Laser-induced effects on single layer graphene
Parallel title (deu)
Laser-induzierte Effekte auf Graphene-Monolagen
Author
Rasim Mirzayev
Abstract (deu)
In dieser Arbeit verwenden wir die Micro-Raman Spektroskopie und Raster-Kraft-Mikroskopie, um die Laser-induzierten Wirkungen von mechanisch expandiertem Einschicht-Graphen auf Si/SiO2-Substrate aufzuzeigen. Wir haben unsere Graphen-Proben für ca. 10 Minuten unter Umgebungsbedingungen durch die Verwendung eines Nd:YAG-Festkörperlaserbeschrifters mit einer Wellenlänge von 532 nm und einer maximalen Laserleistung von 32 mW bis 40 mW bestrahlt.
Unsere Versuchsergebnisse zeigen eindeutig, dass als Folge der Aussetzung von Einschicht-Graphen auf Hochleistungsleiser mehrere Vorgänge stattfinden. Einer dieser Vorgänge ist die chemische Funktionalisierung der Graphen-Kristallgitter, die durch photo-induzierte chemische Reaktionen erzeugt wurden. Diese haben vermutlich die umgebenden Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle eingeschlossen, die zwischen Si/SiO2-Substrat und Graphen gefangen waren. Zweitens, führt die Dissoziation von Klebstoffrückständen auf der Graphen-Oberfläche, als Folge der Laser-induzierten Erwärmung, zur Entstehung von amorphem Kohlenstoff und zur Hydrierung von Graphen. Eine dritte Folge ist die strukturelle Änderung des Graphens, nämlich von einer kristallinen Einschicht- zu einer nanokristallinen Struktur. Wir zeigen auch, dass die Reaktivität des Graphens mit der Laserbehandlung lokal verstärkt werden kann. Wie die Experimente bestätigt haben, treten alle diese Effekte als Folge der Laserbestrahlung auf. Aufgrund der gleichzeitigen und möglicherweise gegenläufigen Vorgänge ist es schwer, erhebliche Auswirkungen jedes einzelnen Vorgangs zu erkennen und zu unterscheiden und die Veränderungen in dem Raman-Spektrum des Graphens zu interpretieren.
Abstract (eng)
In this work we employ micro-Raman spectroscopy and Atomic Force Microscopy to reveal the laser-induced effects on mechanically exfoliated single-layer graphene on Si/SiO2 substrate. We irradiated our graphene samples for about 10 minutes in an ambient conditions by using a Nd:YAG visible laser with 532 nm wavelength and maximal power Plaser ranging from 32 mW to 40 mW.
Our experimental results show a clear evidence that several events take place as a consequence of exposure of monolayer graphene to the high power laser. One of those events is the chemical functionalization of the graphene crystal lattice, generated by photo-induced chemical reactions presumably involving surrounding oxygen and water molecules trapped between Si/SiO2 substrate and graphene. Secondly, the dissociation of adhesive residues present on the graphene surface, as a result of laser-induced heating, leads to the generation of amorphous carbon and hydrogenation of graphene. A third event is the structural modification of the single crystalline layer of graphene into a nanocrystalline structure. We also show that the reactivity of the graphene can be locally enhanced with laser treatment. As it has been confirmed by the experiments, all of these effects occur as a consequence of laser irradiation. Due to the simultaneous and possibly counteracting processes it is difficult to identify and distinguish significant effects of each event and interpret the changes in the Raman spectra of graphene.
Keywords (eng)
grapheneRaman spectroscopylaser irradiationdefects
Keywords (deu)
GraphenRamanspektroskopieLaser-BestrahlungDefekten
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1307724
Number of pages
80
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