[发明专利]利用AFM摩擦力映射的石墨烯区域测量系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用AFM摩擦力映射的石墨烯区域测量系统及其方法，尤其涉及如下的利用AFM摩擦力映射的石墨烯区域测量系统及其方法：通过AFM显微镜的针尖（tip）接触石墨烯的表面而向水平方向施加力时产生的摩擦力的结果，判断及确定石墨烯的褶皱方向。

背景技术

自2004年利用胶带成功地从石墨分离出由单原子层形成的石墨烯后，积极展开将石墨烯应用于元件的研究。在这样分离出的石墨烯中，不仅电子移动速度快，而且导电效果也比铜高100倍以上。此外，还具有由于强度高而即使弯曲或扭曲也不破碎的性质。由于这样的电气、结构特性，因此被称为能够代替柔性电子仪器及透明电极的“梦寐以求的新材料”。

虽然石墨烯的优异的性能是由于完美的二维六角对称（hexagonal symmetry），但实际制造的石墨烯薄膜并不具有完美的六角对称（hexagonal symmetry），具有各种结构缺陷，从而无法获得理想的特性。即，石墨烯的结构缺陷破坏了石墨烯的完美的对称性，这导致无法体现上述石墨烯的优异的性能。

石墨烯与通常保持其状态直到在稳定的结构上生长成元件为止的其他材料不同，由于为了设置在期望的位置或其他元件的上面而采用剥离法或经过转移工序，因此导致向石墨烯表面的水平方向施加的复杂的压力在最终沉积后仍残留。这些压力最终导致石墨烯的结构缺陷，破坏碳原子的完美的六角对称（hexagonal symmetry），从而妨碍了石墨烯的理想的电学特性。

由于采用现有技术中所使用的诸如光学显微镜、拉曼分光法的测量方法无法发现这种结构缺陷，因此导致产生问题。

发明内容

技术问题

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供这样的一种利用AFM摩擦力映射的石墨烯区域测量系统及其方法：将石墨烯样品以固定角度分次进行旋转的同时进行测量，使从最初测量位置到最终测量位置的旋转角最小为180°以上，分析所获得的摩擦力映射图像的明暗差同所述AFM针尖的行进方向和所述石墨烯的褶皱方向有关。

本发明的目的还在于提供这样的一种利用AFM摩擦力映射的石墨烯区域测量系统及其方法：通过当AFM针尖接触石墨烯的表面而向水平方向施加力时产生的摩擦力的结果，了解石墨烯的褶皱方向。

技术手段

为了解决这些技术问题，本发明包括以下步骤：测量部用设定为摩擦力模式（Friction Mode）的AFM显微镜测量石墨烯样品；输出部输出摩擦力映射图像，将对比（contrast）范围调整为最小范围以匹配石墨烯样品周边；所述输出部输出关于横切所述摩擦力映射图像而成的特定部分的摩擦力曲线图；利用所述摩擦力曲线图分析所述AFM针尖的行进方向和所述石墨烯的褶皱方向的关系；以及判断部利用分析的信息，通过所述摩擦力映射图像，利用各区域间对比的明暗差，判断石墨烯的褶皱方向。

有益效果

如上所述，根据本发明，通过AFM显微镜的针尖（tip）接触石墨烯表面而向水平方向施加力时产生的摩擦力的结果，掌握石墨烯的褶皱方向，在开发高质量的石墨烯膜时，能够检测石墨烯样品的结构缺陷。

另外，如果利用具有摩擦力沿着接触部的行进方向发生变化的现象的有褶皱的石墨烯元件的状态，则还可用作在微型元件的接触部摩擦力以180°的周期变化的润滑剂。

附图说明

图1为根据本发明的一实施例的利用AFM摩擦力映射的石墨烯区域测量系统的结构图；

图2为根据本发明的一实施例的通过AFM显微镜测量的摩擦力映射图像，图2a为采用高度测量模式（Topography Mode）测量的图像，图2b为采用摩擦力模式（Friction Mode）测量的图像；

图3为通过AFM显微镜输出的图像，图3a为根据本发明的一实施例的利用摩擦力模式（Friction Mode）输出的摩擦力映射图像，图3b为关于横切摩擦力映射图像而获得的特定部分的摩擦力曲线图；

图4为根据本发明的一实施例的绘制（plotting）石墨烯旋转期间变化的摩擦力比率而获得的连续曲线图；

图5a为根据本发明的一实施例的石墨烯的褶皱方向和AFM针尖行进方向间的示意图，图5b为AFM针尖沿着与石墨烯的褶皱方向垂直的方向移动的示图，图5c为AFM针尖沿着与石墨烯的褶皱方向一致的方向移动的示图；

图6为示出根据本发明的一实施例的石墨烯的褶皱方向和摩擦力的关系的示意图；

图7为根据本发明的一实施例的利用AFM摩擦力映射的石墨烯区域测量方法的流程图。