Bachelor's Thesis

Selective hydrogenation/Oxidation of CVD graphene using AFM

Final Thesis 3.16 MB

Author of thesis: Ing. Vojtěch Přikryl

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Vojtěch Švarc, Ph.D.

Abstract:

Graphene is a perspective material for utilization in electronics due to its high charge carrier mobility. However, in order to be applicable in practice the bandgap opening is necessary. One way of achieving this is modification of graphene by hydrogenation or oxidation. This work concerns the possibility of using AFM for local hydrogenation/oxidation of graphene depending on the bias voltage between the tip and the sample. The presence of hydrogenation/oxidation was examined by Kelvin probe force microscopy and Raman spectroscopy. The possibility of oxidation was proved but hydrogenation was not proved.

Keywords:

AFM, graphene, hydrogenation, oxidation, KPFM, Raman spectroscopy

Date of defence

09.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

V roce 2011 Byun a kolektiv předvedli, že exfoliovaný grafen může být lokálně oxidován anebo hydrogenován prostřednictvím napětí přiloženého na hrot mikroskopu atomárních sil. Cílem bakalářské práce Vojtěcha Přikryla bylo testovat, jestli tato slibná technika může být použita i pro grafen připravený chemickou depozicí z plynné fáze (CVD) a grafen připravený z karbidu křemíku (SiC). Tento cíl byl splněn.

V případě CVD grafenu oxidace byla potvrzena pomocí KPFM i pomocí Ramanovy spektroskopie, zatímco hydrogenace pouze pomocí Ramanovy spektroskopie. V případě SiC grafénu byla oxidace a hydrogenace potvrzena pouze pomocí KPFM, avšak pro úplnější analýzu by i v tomto případě byla vhodná rovněž data z Ramanovy spektroskopie, které se nepodařilo vzhledem k časovým nárokům na práci doměřit.

Práce ukázala, že CVD grafén musí být podroben řádnému čistícímu procesu vzhledem k jeho přirozené výrobní kontaminaci, aby metoda fungovala. Zde by byla vhodná o něco důkladnější analýza čistícího procesu, případně statistika vzorků při různých metodách čištění.

Práce je psána jasnou a srozumitelnou formou a je vynikajícím odrazovým můstkem, jednak pro další testování vlivu vzdušné vlhkosti, případně použití metody pro další aplikace.

Celkově práci hodnotím jako výbornou.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Vojtěch Švarc, Ph.D.

Bakalářská práce Vojtěcha Přikryla je věnována problematice, zabývající se modifikací grafenu pomocí přiloženého napětí mezi vzorek a hrot mikroskopu atomárních sil, kterou dosahuje nejen oxidace, ale také hydrogenace grafenu.
Práce je dělena do pěti kapitol včetně úvodu a závěru a je vypracována na odpovídající grafické úrovni, kde vyzdvihuji kvalitu použitých grafů v kapitolách 4.1 a 4.2.
V práci se objevují překlepy a gramatické chyby. V celé práci se vyskytují předložky na konci řádku. Někdy je v textu zaměňován výraz desetiprocentní a deset procent nesprávně vloženou mezerou a dochází i k vynechání mezer mezi číselnými hodnotami a jednotkami. Dále se v práci vyskytuje nesprávné použití spojovníku, pomlčky a znaménka mínus. Čísla kapitol se mají značit bez tečky na konci, popisky obrázků ukončovat tečkou a rovnice číslovat samostatně, a ne pomocí kapitoly, ve které se nacházejí. Zkratka et al. v citacích se má psát kurzivou a citace zakončovat tečkou. Dále se v práci vyskytují nesprávné výrazy jako „jednoatomová vrstva“, „a to o sice o“, aj. Některé části práce jsou mírně nesrozumitelné, v teoretické části nejsou použité metody dostatečně popsány. Některé pasáže práce jsou duplicitní, a to v teoretické a rešeršní části. Věty na sebe v některých případech vůbec nenavazují. Dále v práci zcela chybí cíl bakalářské práce, a to vliv metod čištění grafenu na oxidaci/hydrogenaci.
Práce obsahuje časově náročné experimenty, které posunují studium využití grafenu a umožnují modifikaci grafenu pomocí lokální anodické oxidace. Muže sloužit jako základ k případnému využití lokální anodické oxidace na výrobu nanostrukturních motivů na grafenu. Dále může být Kelvinova silová mikroskopie a Ramanova spektroskopie použita ke kontrole vyrobených struktur.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. V jakém módu (v kontaktním či bezkontaktním) bylo provedeno topografické a KPFM měření kontaktním CSG10/Au hrotem jaká byla rezonanční frekvence tohoto hrotu.
  2. V kapitole 4.1 a 4.2 byla zmiňována přítlačná síla hrotu k povrchu. Jak byla tato přítlačná síla vypočítána?
  3. Jak a z jakého souboru byly provedeny statistické výpočty pro grafy 4.4 a 4.7? A jaké je hodnota koeficientů determinace R2 ve stejných grafech?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová