Bachelor's Thesis

Preparation of graphene membranes

Final Thesis 10.77 MB

Author of thesis: Bc. Adam Novotný

Acad. year: 2023/2024

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

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

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the preparation of graphene membranes and their modification by hydrogen beam. Graphene appears to be a suitable material for functional devices, but its capabilities may be limited by the influence of the substrate. In the first part, the basic properties of graphene, membranes and graphene functionalized with hydrogen are initialy introduced. In the second part, membrane preparations on SiO2 and TEM grids are described. Subsequently, they are characterized and the grids are hydrogenated. Finally, the hydrogen coverage of graphene is measured by Raman spectroscopy.

Keywords:

CVD graphene, graphene membranes, hydrogenation, Raman spectroscopy

Date of defence

13.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Možnosti prokázat přítomnost vodíku na grafenu. Pavučinkový uhlík na membránách. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

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

Student se během bakalářské práce aktivně podílel na realizaci experimentů směřujících k přípravě grafenových membrán vhodných pro depozici nano-struktur. Během práce byla vypracována funkční metodika přípravy CVD grafenových membrán. Tyto membrány byly připraveny jak maticích otvorů na křemíkovém substrátu, tak i na TEM mřížkách. Takto připravené grafenové membrány byly podrobně analyzovány pomocí TEM, SEM a Ramanovy spektroskopie. Navíc byla provedena úspěšná depozice atomů vodíku na tyto membrány. Práce studenta byla intenzivní, samostatná s kreativní. Proto lze konstatovat, že student splnil všechny úkoly přesahující rámec zadání. Projevoval zájem o danou problematiku a při práci si počínal pečlivě a snaživě. Výsledky jeho práce mají významný dopad na studium a aplikaci grafenu, proto hodnotím písmenem A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
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 A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

Adam Novotný se ve své bakalářské práci zabýval přípravou grafenových membrán na litograficky připravené struktury odleptaného oxidu křemičitého na křemíku (dále jen SiO2 substrát) a na mřížky pro transmisní elektronový mikroskop se sítí z uhlíkových nanovláken (dále jen TEM mřížka). V případě SiO2 substrátu se podařilo běžně vytvářet membrány na kruhových otvorech o průměru 2.1 mikrometru a v případě TEM mřížky na otvorech o přibližném průměru až 60 mikrometrů. Přitom byl schopen docílit vysoké výtěžnosti celého procesu (více než 60 % neporušených membrán), což je vynikající výsledek, uvážíme-li, že v minulosti se na ÚFI podařilo podobným postupem vytvářet pouze membrány o rozměrech 500 nm a výtěžnost procesu byla nižší než 10 %. Neporušenost a vysoká kvalita membrán byla nezpochybnitelně prokázána prostřednictvím analytických technik: rastrovací elektronové mikroskopie (SEM), transmisní elektronové mikroskopie (TEM) a Ramanovy spektroskopie. Navíc se podařilo membrány úspěšně (tedy bez porušení) hydrogenovat pomocí vodíkového termálního disociačního zdroje. Velmi oceňuji rešerši zdrojů tvorby grafenových membrán, jakož i jejich možných aplikací. Celá práce se vyznačuje jasným zaměřením na cíl, kreativním řešením dílčích problémů (např. konstrukce vlastního držáku na vzorky a různá technologická vylepšení). Všechny části psané práce mají vztah k vytčeným cílům, práce neobsahuje zbytečné pasáže, jednotlivé části se vhodně doplňují a vytvářejí logický a konzistentní celek. Celkově hodnotím práci stupněm A.
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 A
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
Topics for thesis defence:
  1. 1. Dokázal byste porovnat hlavní změny v procesu výroby membrán, které vedly ke zlepšení výtěžnosti celého procesu oproti minulým zkušenostem na ÚFI VUT v Brně (především Bakalářská a Diplomová práce – Jiří Severa 2018 a 2021)?
  2. 2. Zkoušel jste i metodu podleptání, kdy vodný roztok kyseliny fluorovodíkové podleptává oxid křemičitý pod grafenem v oblastech, kde se nenacházejí zlaté elektrody. Pokud ano, s jakým výsledkem? Pokud ne, bylo by možné tuto metodu použít i u Vámi aplikovaných postupů? Můžete komentovat, jak by to bylo možné?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová