Флюорографен
Технология получение флюорографена схематически представлена на рис. 2.32. На подложке из оксида кремния традиционным способом, а именно, механическим отшелушиванием получали кристалл графена с линейными размерами более 100 мкм. На слой графена затем наносилась тонкая пленка (толщиной около 100 нм) полиметилметакрилата ПММА (оргстекло). После этого основание из оксида кремния вытравливалось, и накрытый полиметилметакрилатом графен переносился на другую подложку – очень мелкую золотую сетку c периодом 7 мкм. Смена подложки в данном случае необходима потому, что используемый для фторирования дифторид ксенона XeF2 весьма активно с ней взаимодействует, в то время как золото является элементом, инертным по отношению к подавляющему большинству активных веществ.
Рис. 2.32. Технология получения флюорографена
На третьем этапе с помощью ацетона пленка ПММА стравливалась, а графен на золотой подложке перемещался в тефлоновый контейнер, заполненный дифторидом ксенона XeF2. Контейнер после этого нагревали до 70 ºC и удерживали температуру неизменной в течение 30 часов. В результате графен фторировался и образовывался флюорографен. На данном этапе осуществлялся контроль его химического состава и структуры методами конфокальной рамановской микроскопии и атомно-силовой микроскопии. После этого флюорографен можно переносить на подложку из SiO2, что позволяет в принципе изготовить из него устройства наноэлектроники.
Исследования показали, что флюорографен представляет собой двумерную структуру с практически такой же гексагональной кристаллической решеткой, что и у графена, но в отличие от его химических производных (графана и оксида графена) флюорографен обладает отличной термической устойчивостью. Он остается совершенно стабильным соединением вплоть до 200 ºC, начиная терять атомы фтора только тогда, когда его температура достигает 400 ºC.
Рис. 2.33. Модельное представление структуры флюорографена
Что касается электрических свойств новой химической модификации графена, то флюорографен является полупроводником с большой шириной запрещенной зоны (около 3 эВ) и имеет высокое удельное сопротивление, которое при комнатной температуре составляет величину порядка 1012 Ом·м. Используя атомно-силовую микроскопию, удалось исследовать и механические свойства флюорографена. Оказалось, что модуль Юнга флюорографена составляет 0,3 ТПа. Это означает, что механическая прочность у флюорографена в 1,5 раза выше, чем у стали, и всего лишь в три раза уступает аналогичной характеристике для графена. Таким образом, фторирование монослоя углерода приводит к появлению нового двумерного материала. Флюорографен имеет хорошую структурную, температурную и химическую устойчивость, он не менее прочен, чем сам графен. Обладая такими свойствами, флюорографен может найти применение не только в графеновой микроэлектронике в качестве изолирующих «островков» в полевых транзисторах, но и, например, может рассматриваться как альтернатива тефлону в различных защитных покрытиях.