Bachelor's Thesis

Preparation of graphene membranes for Ga deposition

Final Thesis 5.75 MB

Author of thesis: Ing. Jiří Severa

Acad. year: 2018/2019

Supervisor: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

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

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the production of graphene membranes, which would be suitable for the deposition of gallium atoms. In the first part is characterized graphene. The second part is focused on preparation and improvement the production of graphene layers via atomically flat Cu foils. In the third part are described graphene membranes, techniques of their production and specific applications of graphene membranes. The fourth part introduced interface between gallium and graphene layers. The fifth part is the practical part. Graphene was grown on different Cu foils which resulted in higher quality graphene grown on smooth foils. Subsequently, the production of graphene membranes and deposition of gallium atoms were done.

Keywords:

CVD graphene, atomically flat foils, graphene membrane, gallium

Date of defence

20.06.2019

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Vztah toku částic a sil, kterým částice působí na podložku. Vliv rozdílu tlaků na mechanickou stabilitu membrány.

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)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (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)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Student se v rámci bakalářské práce aktivně podílela na realizaci experimentů směřujících k přípravě grafenových membrán vhodných pro depozici Ga nanostruktur. Během práce byly připraveny a charakterizovány grafenové vrstvy na měděné ultra-hladké folii metodou CVD. Vzniklá grafenová vrstva byla přenesena na křemíkový substrát, který byl upraven fokusovaným iontovým svazkem. Na takto připravené grafenové membrány byla provedena depozice Ga nanostruktur. Práce studenta byla intenzivní, samostatná. Proto lze konstatovat, že student splnil všechny úkoly zadání. Projevoval zájem o danou problematiku a při práci si počínal snaživě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Předložená práce se zabývá přípravou grafenových membrán, na něž bylo deponováno gallium. Práce je náročná z hlediska zvládnutí technologie přípravy CVD grafenu na hladké fólie, litografického tvarování substrátu, hledání optimálních podmínek depozice Ga a dále analýzy pomocí elektronového mikroskopu jakož i Ramanovy spektroskopie. Text je ve vysoké kvalitě a výsledky experimentů jsou fyzikálně velmi zajímavé, i když bych očekával jejich důkladnější analýzu a to především závěrečných experimentů s ohledem na fyzikální důvody pro: (1) protržení membrán po depozici Ga a (2) velikosti kontaktních úhlů mezi Ga a grafenem, k čemuž směřují mé první dva dotazy (viz níže). Navzdory tomu, že rešerše problematiky je velmi dobrá, je v závěru práce poněkud silná věta, že se podařilo: „… vyrobit historicky první kovové struktury na zavěšeném grafenu.“, což není pravda (viz např. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 953-958). Kromě výše zmíněné podrobnější analýzy konečného výsledku, silného tvrzení ohledně historického průlomu experimentu a občasných gramatických nepřesností (jež vyjmenovávám níže), je práce psána přehledně, jasně, srozumitelně a čtivě. Samotná kvalita experimentů, jejich faktický popis a prezentace pomocí grafů a snímků je velmi kvalitní. V celkovém kontextu hodnotím práci jako výbornou.

Drobné korekce
strana/odstavec/řádek – původně - lépe
abstrakt/3 – grafenu – grafenů
abstract – is characterized graphene – graphene is characterized; are described graphene membranes – graphene membranes are described
3/2/-2 – využívána – využívaný
7/4/2 – nanoidentace – nanoindentace
7/-2/3 – mít za pohyblivost – mít pohyblivost
7/-1/.. – trochu vágní formulace: „Grafen je vysoce průhledný …“ (kolik je koeficient propustnosti???), „výborný tepelný vodič“ (jaká je tepelná vodivost?, jak si vede v porovnání s jiným tepelným vodičem?), dosahuje výborné plochy k objemu? (jaký je objem grafenu?)
12/2/2 -  ve většině případech – ve většině případů
21/4/10 - rztoku – roztoku
22/3/1 – typ – typu
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1) V práci tvrdíte (str. 27, odst. 1), že protržení grafenových membrán je pravděpodobně způsobeno vlivem poměrně vysoké rychlosti a četnosti deponovaných atomů Ga. Dokážete na základě jednoduchých fyzikálních principů vypočítat tlak vyvíjený na membránu? V práci uvádíte, že mez pevnosti v tahu je 42 N/m, proč nemá pevnost v tahu grafenu jednotku N/m2? Můžete nějak na základě dříve uvedených a vypočítaných výsledků ukázat, jestli tlak Ga opravdu může způsobit porušení membrány?
  2. 2) Dále v práci tvrdíte (str. 28, odst. 2), že kapky Ga více smáčejí zavěšený grafen než grafen na SiO2. Zde jsem očekával podrobnější kvantitativní porovnání kontaktních úhlů namísto pouhého konstatování, že úhel je větší nebo menší než 90 stupňů. V případě, že by jste odhadl průměrné hodnoty kontaktních úhlů, mohl by jste nějakým způsobem odhadnout rozdíl povrchového napětí rozhraní Ga/grafen pro případ zavěšeného a SiO2 podepřeného grafenu? (Jak souvisí kontaktní úhel s povrchovým napětím? Jaká je souvislost povrchového napětí s meziatomárními silami?)
  3. 3) V rešerši jste se zaměřil na metody přípravy zavěšeného grafenu, které přímo souvisejí s technologií, kterou jste použil. Existují však i jiné technologické postupy přípravy grafenových membrán, než grafen „položit“ na předem opracovaný nebo vhodně tvarovaný substrát?
  4. 4) Proč díra o průměru 1 mikrometr a hloubce 3 mikrometry na obr. 5.6 má v AFM snímku hloubku přibližně 0,8 mikrometru? Jaké jsou rozměry hrotu, který jste použil?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová