Wir verwenden Cookies, um Ihr Erlebnis zu verbessern.Indem Sie weiter auf dieser Website surfen, stimmen Sie unserer Verwendung von Cookies zu.Mehr Info.Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften für Anwendungen in der Batterietechnologie, Halbleitern, Photovoltaik und einer Reihe anderer Bereiche ist die 2D-Materialforschung ein sehr wichtiges aufstrebendes Gebiet.2D-Materialien wurden durch eine Reihe von Mikroskopie- und Nanomethoden charakterisiert, um ein besseres Verständnis der Natur ihrer Eigenschaften zu erhalten.Nanoskalige FTIR-Methoden erweitern diese Charakterisierung um wichtige optische und chemische Daten im Nanobereich.Das Anasys nanoIR3-s-System bietet zwei komplementäre FTIR-Methoden im Nanomaßstab für die optische Scattering-Scanning-Nahfeldmikroskopie (s-SNOM), die Spektroskopie und die Nahfeldbildgebung sowie das photothermische AFM-Infrarot (AFM-IR), einschließlich resonanzverstärktes AFM -IR und Tapping AFM-IR.Unabhängig von anderen komplexen optischen Eigenschaften der Spitze und der Probe sind AFM-IR-Absorptionsspektren direkte Messungen der Probenabsorption.Die Spektren korrelieren also sehr gut mit konventionellem IR-Massenübertragungslicht.Scattering SNOM ist eine Methode, die die chemischen und optischen Eigenschaften der Materialoberfläche untersucht und eine Korrelation zu reflexionsbasierten Spektroskopietechniken bereitstellt.Auf Rasterkraftmikroskopie (AFM) basierende Methoden erzeugen nanoskalige Informationen über die thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften dieser Materialien.Traditionell wurden s-SNOM-Bildgebungstechniken verwendet, um 2D-Materialien für chemische und optische Informationen zu charakterisieren.Mit der Entwicklung von Anwendungen wie Nanostrukturierung und Funktionalisierung ist AFM-IR jedoch besser darin, wertvolle Einblicke und einzigartige Informationen über Materialien zu liefern und so innovative Forschung und Fähigkeiten zu beschleunigen.Kombiniert liefern diese komplementären Methoden neue Einblicke in die chemischen und komplexen optischen Eigenschaften von 2D-Materialien im Nanobereich mit Auflösungen von 10 nm, Größenordnungen unterhalb der Beugungsgrenze herkömmlicher IR-Spektroskopie.Dieser Artikel diskutiert den Einsatz dieser komplementären Methoden zur Charakterisierung einer Vielzahl von 2D-Materialien, darunter hexagonales Bornitrid, Graphen, Nanoantennen und Halbleitermaterialien.Die Funktionsprinzipien für s-SNOM- und photothermische AFM-IR-Methoden sind in den Abbildungen 1 und 2 zu sehen. Ein neuerer Fortschritt bei AFM-IR ist die Erschließung von AFM-IR, das eine höhere Auflösung der chemischen Bildgebung liefert und die AFM-IR-Spektroskopie auf a erweitert breiteres Anwendungsspektrum.Abbildung 1. Funktionsprinzipien für IR s-SNOM.Abbildung 2. Funktionsprinzipien für resonanzverstärktes AFM-IR und Tapping-AFM-IR.Die Erweiterung dieser Methode auf die FTIR-Spektroskopie im Nanomaßstab über den breitesten verfügbaren mittleren IR-Bereich wurde durch die jüngsten Bruker-Entwicklungen in der s-SNOM-Technologie ermöglicht.Die mit dem Breitbandlaser nanoIR3-s verfügbaren Betriebsmodi sind in Abbildung 3 zu sehen.Das System liefert zwei Modi aus einer Hand:Das nanoIR3-s kann IR-Spektren und Bilder im Nanomaßstab erfassen, indem zwei separate Nahfeld-Spektroskopieverfahren verwendet werden: photothermisches AFM-IR und s-SNOM.Diese komplementären Methoden bieten neben thermischer, optischer, elektrischer und mechanischer Kartierung eine chemische Analyse im Nanomaßstab mit einer räumlichen Auflösung von bis zu wenigen Nanometern für Anwendungen sowohl in harter als auch in weicher Materie.Die präzise chemische Identifizierung der Infrarotspektroskopie und die nanoskaligen Fähigkeiten von AFM werden in der nanoskaligen IR-Spektroskopie kombiniert, um Probenkomponenten mit einer chemischen räumlichen Auflösung von bis zu 10 nm mit Monoschichtempfindlichkeit chemisch zu identifizieren und die Beugungsgrenze um das >100-fache zu überschreiten.Unabhängig von anderen komplexen optischen Eigenschaften der Spitze und der Probe sind AFM-IR-Absorptionsspektren direkte Messungen der Probenabsorption.Die Spektren korrelieren also sehr gut mit denen von herkömmlichem Bulk-Transmission-IR.Aufgrund ihrer hohen räumlichen Begrenzung können Oberflächen-Phonon-Polaritonen (SPhPs) und Oberflächen-Plasmonen-Polaritonen (SPPs) in 2D-Materialien neue Wege für eine verbesserte Licht-Materie-Wechselwirkung, Subwellenlängen-Metamaterialien, Superlinsen und andere neuartige photonische Geräte eröffnen.Die In-situ-Charakterisierung dieser polaritonischen Anregungen über verschiedene Anwendungen hinweg erfordert ein vielseitiges Spektroskopie- und optisches Bildgebungswerkzeug mit räumlicher Auflösung im Nanometerbereich.s-SNOM bietet eine einzigartige Möglichkeit, elektronische und Schwingungsresonanzen im realen Raum über eine nicht-invasive Licht-Materie-Wechselwirkung im Nahfeld selektiv anzuregen und lokal zu detektieren.Abbildung 4. (a) AFM-Höhenbild zeigt homogene hBN-Oberfläche mit unterschiedlichen Schichten auf einem Si-Substrat;(b) s-SNOM-Amplitude zeigt starke Interferenzstreifen aufgrund der Ausbreitung von SPhP entlang der Oberfläche auf hBN;(c) s-SNOM-Phase zeigt ein unterschiedliches Phasensignal mit Schichtdicke;und (d) Nano-FTIR-Spektren von hBN.Diese Methode wird durch die Abbildung der SPhPs von hexagonalem Bornitrid (hBN) demonstriert, wie in Abbildung 4 dargestellt. Optische Nahfeldbilder von Amplitude und Phase liefern ergänzende Informationen für eine gründliche Charakterisierung der polaritonischen Resonanzen.Über 90° Phasenverschiebung von SPhPs sind auf hBN zu sehen, was auf eine starke Licht-Materie-Kopplung hinweist.Die SPPs von Graphen können auch über das nanoIR3-s-System untersucht werden, ähnlich wie die Visualisierung von SPhPs in hBN.Die stehende Welle eines SPP auf einem Graphenkeil ist in Abbildung 5 zu sehen.Die räumliche Auflösung von s-SNOM ist im Allgemeinen nur durch den Endradius der AFM-Sonde begrenzt, wodurch die s-SNOM-Methode Querschnitte des SPP bis zu etwa 8 nm messen kann.Abbildung 5. Abbildung von Oberflächenplasmon-Polariton auf einem Graphenkeil: (a) s-SNOM-Amplitude;(b) s-SNOM-Phase mit einem Linienquerschnitt der SPP-Stehwelle;(c) s-SNOM-Phasenlinienprofil;und (d) Querschnitt einer stehenden Welle mit einer Auflösung von 10 nm.Die chemische Funktionalisierung von 2D-Materialien ist ein wichtiger Schritt, um ihr volles Potenzial in einem breiten Anwendungsspektrum auszuschöpfen.Die nanoskalige FTIR-Spektroskopie erfüllt die steigenden Anforderungen an die zerstörungsfreie, eindeutige Identifizierung chemischer Gruppen.Dies gilt zusätzlich zu seiner Fähigkeit, die Verteilung auf solchen Materialien unter Verwendung einer räumlichen Auflösung im Nanobereich und bei Monoschichtdicken abzubilden.Forscher des National Graphene Centre der Universität Manchester haben festgestellt, dass photothermisches AFM-IR einschichtige reduzierte Graphenoxidflocken analysieren kann, die nicht-kovalent mit sulfonierten Pyrenen funktionalisiert wurden.1Ihre Forschung ergab, dass AFM-IR zwischen den verschiedenen Pyreneinheiten unterschied und die Sulfonatgruppen auf einer 1,7 nm funktionalisierten Monoschicht aus reduziertem Graphenoxid mit einer räumlichen Auflösung von 32 nm kartierte, wie in Abbildung 6 gezeigt.Es wurde auch festgestellt, dass AFM-IR empfindlich gegenüber winzigen Änderungen in den Sulfonat-Absorptionsspektren ist, die von Oberflächen- und chemischen Effekten herrühren.Es konnte einzelne funktionalisierende Moleküle auch auf Materialien mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit unterscheiden.Abbildung 6. (a) Einzelflocken-AFM-IR-Spektren von i) PBSrGO, ii) PCNBS-rGO und iii) U-rGO;und (b) durchschnittliche AFM-IR-Spektren von i) PBS-rGO, ii) PCNBS-rGO und iii) U-rGO, gestrichelte Linien markieren die Intensitäten von 1084 und 1036 cm –1 , die für weitere chemische Kartierungsstudien verwendet wurden.Die kontrollierte Strukturierung von 2D-Materialien im Nanomaßstab ist ein vielversprechender Ansatz zur Entwicklung der thermischen, optoelektronischen und mechanischen Eigenschaften dieser Materialien, um neue Funktionalitäten und Geräte zu erreichen.Forscher der Harvard University führten eine hochauflösende Strukturierung von hBN.2 durchUnter Verwendung dieses Nanofabrikationsansatzes wurden eine Reihe von Strukturen hergestellt, darunter ein Gitter mit 35 nm Abstand und einzelne Strukturgrößen bis hinunter zu 20 nm.Spätere Messungen mit photothermischer und optischer Nahfeldmikroskopie konnten die resultierende Nahfeldabsorption und -streuung der Nanostrukturen berechnen.Bei diesen Messungen wurde eine große photothermische Ausdehnung von nanostrukturiertem hBN festgestellt, die vom Höhe-zu-Breite-Seitenverhältnis der Nanostrukturen abhängt.Dieser Effekt ist auf die große Anisotropie der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von hBN und die implementierte Nanostrukturierung zurückzuführen.In anderen Van-der-Waals-Materialien mit großer Anisotropie sollte die photothermische Ausdehnung ebenfalls vorhanden sein, und weitere Forschung kann zu Anwendungen wie lichtgesteuerten nanomechanischen Schaltern führen.Abbildung 7. Photothermische Infrarotspektroskopie und Bildgebung: (a) photothermische Spektren, die an vier verschiedenen Stellen entlang des dünneren Bereichs des hBN-Gitters aufgenommen wurden und einen starken SiO2-Absorptionspeak bei 1084 cm-1 zeigen;(b) photothermische Spektren, die an vier verschiedenen Stellen entlang der dickeren Region des hBN-Gitters aufgenommen wurden und einen starken und breiten hBN-Absorptionspeak bei 1368 cm –1 zeigen;(c) AFM-Bild der oberen rechten Ecke des hBN-Gitters bei 1368 cm-1;und (d) photothermisches Bild derselben Region bei 1600 cm-1.Es wurde kein photothermischer Kontrast festgestellt, was auf keine Absorption oder mechanische Ausdehnung hinweist.Die außergewöhnlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Graphen hängen von der Beibehaltung der konjugierten Gesamtstruktur der Schicht ab.Wie in Abbildung 8 gezeigt, kann das nanoIR3-s-System die Qualität von abgeblättertem Graphen, das durch verschiedene Techniken erhalten wurde, leicht beurteilen.Verschmutzungen, die im AFM-Höhenbild nicht ohne weiteres erkennbar sind, sind im s-SNOM-Reflexionsbild sichtbar.Darüber hinaus unterscheidet sich der Kontrast im s-SNOM-Reflexionsbild mit der Menge der vorhandenen Graphenschichten, was eine Nanokontamination auf der Probe offenbart.Abbildung 8. (a) AFM-Höhenbild von abgeblättertem Graphen;und (b) s-SNOM-Reflexionsbild, das Nanokontamination zeigt.Von der Sensorik bis zur Energieumwandlung sind die Anwendungen von Nanoantennen äußerst vielfältig.Die Fähigkeit, die Resonanzstrukturen dieser Antennen zu berechnen und abzustimmen, ist entscheidend für die Konstruktion zuverlässiger und genauer Geräte.Da sie das Packen einer großen Anzahl von Einzelantennen auf einer kompakten Fläche ermöglichen, sind Arrays von Nanoantennen üblich.Ein AFM-Topografiebild eines Antennenarrays, das zusätzlich zu gekoppelten Antennen aus einzelnen Stabantennen besteht, ist in 9a gezeigt.Der Kontaktpunkt zu den Antennen ist eine entscheidende Überlegung, um bei der Herstellung von Antennenarrays eine optimale Energieübertragungseffizienz zu erreichen.Die s-SNOM-Bildgebung ermöglicht die einfache Erkennung der Antennenresonanz-Hotspots sowie des idealen Kontaktpunkts.Das s-SNOM-Amplituden- und Phasenbild einer einzelnen Stabantenne, die in dem Array enthalten ist, ist in Fig. 9b gezeigt.Die Dipolantennenresonanz ist bei einer Anregung von 11 µm zu sehen (beachten Sie die ~180°-Phasenänderung, die bei der Dipolresonanz zu sehen ist).Abbildung 9. (a) AFM-Höhenbild des montierten Antennenarrays;(b) s-SNOM-Phase;und (c) s-SNOM-Amplitudenbilder eines Antennendipols.Neben der Fähigkeit, hochauflösende Bilder von optischen Phänomenen zu sammeln, ermöglicht das nanoIR3-s dem Benutzer, Oberflächenmerkmale im Nanomaßstab spektral zu untersuchen.Abbildung 10 zeigt die AFM-IR-Spektren, die mit einem einzelnen Stab und einer gekoppelten Antenne aufgenommen wurden, und die Antennenresonanz kann eindeutig bei 910 cm-1 bestimmt werden, was mit theoretischen Vorhersagen übereinstimmt.Abbildung 10. AFM-IR-Spektrum, aufgenommen mit Einzelstab und gekoppelter Antenne;die Spitze bei 910 cm-1 entspricht der Antennenresonanz der Einstabantenne, während die Spitze bei 1100 cm-1 den Si-O-Modus zeigt, den beide Antennen teilen.Die Kombination der komplementären nanoskaligen s-SNOM- und AFM-IR-Bildgebungsmethoden wurde kürzlich eingesetzt, um erstmals die Rolle der Chiralität bei den Ursprüngen des Circulardichroismus in 2D-Nanomaterialien zu untersuchen.Chirale Moleküle sind eine Vielzahl von Molekülen, die ein nicht überlagerbares Spiegelbild haben.Diese Spiegelbilder chiraler Moleküle werden manchmal als rechtshändig und linkshändig bezeichnet, aber aufgrund der Vektornatur des Lichts können sie sowohl rechts- als auch linkszirkular polarisiert sein.Auch bekannt als Metaoberflächen, vollständig zweidimensionale (2D) Metamaterialien, die aus planar-chiralen plasmonischen Metamolekülen bestehen, die nur Nanometer dick sind, haben chiralen Dichroismus in Transmission (CDT) gezeigt.Theoretische Berechnungen zeigen, dass dieser überraschende Effekt auf endlichen strahlungslosen (ohmschen) Verlusten der Metaoberfläche beruht.Diese theoretische Vorhersage wurde erst jetzt experimentell verifiziert, da es schwierig ist, strahlungslose Verluste im Nanomaßstab zu messen.Um die optische Energieverteilung abzubilden, wenn die Strukturen RCP- und LCP-IR-Strahlung ausgesetzt wurden, wurde Streu-SNOM verwendet, während AFM-IR verwendet wurde, um die drastisch unterschiedliche ohmsche Erwärmung zu erkennen, die unter RCP- und LCP-Strahlung beobachtet wurde.3Diese Studie stellte zum ersten Mal schlüssig fest, dass der in 2D-Metaoberflächen beobachtete Circulardichroismus einer von der Händigkeit abhängigen ohmschen Erwärmung zugeschrieben werden kann, wie in Abbildung 11 gezeigt.Abbildung 11. Experimentell gemessene Auslenkungsamplituden des AFM-Cantilevers.Die Cantilever-Auslenkung ist direkt proportional zum Temperaturanstieg in der Probe während des Laserpulses;dies bestätigt, dass die Größe und räumliche Verteilung der ohmschen Erwärmung einer chiralen 2D-Metaoberfläche deutlich von der Händigkeit des Lichts abhängt.3Die AFM-IR-Methode funktioniert durch die Erfassung der thermischen Ausdehnung eines Materials, die durch die Absorption von Infrarotlicht induziert wird.Die Wärmeausdehnung eines Materials hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Dicke und des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials.Einschichtiges Graphen und einwandige Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sowie andere 1D- und 2D-Materialien sind etwa 1–2 nm dick und besitzen auch einen langsamen Wärmeausdehnungskoeffizienten.Die Beschaffenheit dieser 1D- und 2D-Proben kann die Charakterisierung zu einer Herausforderung machen.Durch die Positionierung einer dünnen Schicht Polymermaterial unter CNT- und Graphenproben wird ein Anstieg der AFM-IR-Signalintensität um zwei Größenordnungen beobachtet.4, 5Die entstehende Wärme wird auf das dünne Polymer übertragen, das einen deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat.Wenn die dünne Probe die einfallende IR-Strahlung absorbiert, dehnt sie sich aus.Das zur Simulation der Auswirkungen der Polymerdicke auf die Wärmeausdehnung und Temperaturänderungen verwendete Finite-Elemente-Analysemodell ist in Abbildung 12 dargestellt.Abbildung 12. (a) Temperaturanstieg (ΔT) und Ausdehnung (ΔZ) als Funktion der Polymerdicke unter der Probe;Temperaturanstieg ohne Polymer (b) und mit Polymer (c) unter der Probe;vertikale thermomechanische Ausdehnung ohne Polymer (d) und mit Polymer (e) unter der Probe.Durch die Untersuchung einer Reihe von CNTs, die auf einer Schicht aus 150 nm dickem Polystyrol auf einem ZnSe-Prisma abgeschieden wurden, wurde das Modell verifiziert.Ein Bereich des Polymersubstrats wurde vor der CNT-Abscheidung entfernt, um sicherzustellen, dass es einen CNT-Bereich ohne Polymer darunter gab.Das chemische IR-Bild, das bei 4000 cm –1 aufgenommen wurde, zeigt ein klares Signal von den CNT in dem Bereich, der von Polystyrol getragen wird, während kein Signal beobachtet wird, wo das Polymersubstrat entfernt wurde (siehe 13 ).Es wurde vorgeschlagen, dass das unterschiedliche AFM-IR-Signal von verschiedenen CNTs auf den Unterschied zwischen halbleitenden und metallischen Röhren zurückzuführen ist.Die AFM-IR-Bildgebung von Graphen auf einer 106 nm dicken PMMA-Schicht ist in Abbildung 13c dargestellt.Das Bild in Abbildung 13c zeigt die Erweiterung dieser Methode auf einschichtige 2D-Materialien.Die Verstärkung des AFM-IR-Signals durch eine dünne Polymerschicht erhöht die Signalintensität um zwei Größenordnungen.Abbildung 13. (a) AFM-Topographiebildgebung von CNTs, die auf einem Polystyrolsubstrat abgeschieden wurden;(b) Chemische IR-Kartierung bei 4000 cm –1 , die die Absorption durch CNTs zeigt;und (c) chemisches IR-Mapping-Bild von Monolayer-Graphen, aufgenommen bei 4000 cm-1.Diese neue Methode ermöglicht eine bisher unmögliche AFM-IR-Charakterisierung von 1 nm dicken 1D- und 2D-Materialien.In Zukunft kann diese dramatische Signalverstärkung auf mehrere Anwendungen angewendet werden, einschließlich einer Vielzahl von 1D- und 2D-Materialien und ultradünnen biologischen Materialien.Polyethylen (PE) ist eines der am häufigsten verwendeten Polymere und wird in einer Reihe von Branchen eingesetzt, einschließlich Anwendungen in 2D-Materialien.Um die thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften von PE zu verändern, werden üblicherweise Metall- und Graphitpartikel und andere metallische Füllstoffe zugesetzt.hBN hat sich in den letzten Jahren aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit, hohen mechanischen Festigkeit und isolierenden Eigenschaften als vielversprechender Füllstoff erwiesen.Forscher der Sichuan University setzten Lorentz-Kontaktresonanz (LCR) und Nanothermalanalyse (nanoTA) ein, um diesen Einfluss von hBN-Partikeln auf das Schmelzverhalten von PE.5 zu charakterisierenWie in den Abbildungen 14a und b gezeigt, kann die LCR-Bildgebung Bereiche mit hoher hBN-Konzentration auf der Oberfläche deutlich sichtbar machen.Dann wurde nanoTA eingesetzt, um die Erweichungstemperatur mehrerer Bereiche des Materials zu berechnen.Für Bereiche der PE-Probe in der Nähe von hBN-Aggregaten wurde eine Erhöhung der Übergangstemperatur von 4–8 °C im Vergleich zu Bereichen ohne hBN beobachtet, wie in Abbildung 14 dargestellt.Die Genauigkeit dieser Methode wurde im Vergleich zur herkömmlichen DSC-Analyse demonstriert, wobei die Bulk-Übergangstemperatur innerhalb der Standardabweichung der nanoTA-Werte lag, wie in Abbildung 14d zu sehen.In Kombination mit der DSC-Analyse zeigen diese Ergebnisse, dass sich die Mesophase des PE während der Kristallisation in der Nähe von hBN-Partikeln bildet, was zu einem schwachen exothermen Peak führt, der vor dieser Studie unerklärt war.Abbildung 14 zeigt auch direkt an den hBN-Partikeln durchgeführte nanoTA-Messungen, für die kein thermischer Übergang bei Temperaturen bis zu 400 °C festgestellt wurde.Abbildung 14. (a) LCR-AFM-Höhenbild;(b) Mechanisches AFM-Bild (unter Verwendung von LCR) der PE/BN-Verbundstoffe, das Bornitrid-Cluster in den Bereichen A, D und E zeigt;(c) lokale thermische Analysedaten der zugewiesenen Positionen wurden von nanoTA erhalten, wobei die Schmelztemperaturen von PE und BN verglichen wurden;und (d) DSC von den PE/BN-Verbundstoffen (Aufheizrate von 2°C min –1 ).Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und seines Potenzials in der Optoelektronik stand Graphen im Mittelpunkt neuerer Studien.Die thermische Rastermikroskopie (SThM) charakterisiert die Wärmeleitfähigkeit von 2D-Materialien, da sie eine hohe Empfindlichkeit bei der Widerstandserkennung zwischen Probe und Sonde aufweist.Diese hohen räumlichen Auflösungen beseitigen Mehrdeutigkeiten bei der Erkennung der Quelle der elektrischen Fähigkeiten einer Probe und machen SThM zusätzlich zu ihrer Wärmeleitfähigkeit zu einer zuverlässigen Technik zur Überwachung einer Probentemperatur.Forscher der Durham University und der Lancaster University setzten SThM ein, um die Wärmeleitfähigkeit auf mehrschichtigen und einzelnen Graphenschichten zu untersuchen.6 Graphen wurde auf einem Si/SiO2-Substrat mit vorstrukturierten Gräben abgeschieden, wobei Bilder sowohl von Graphen aufgenommen wurden, das über dem Graben aufgehängt als auch vom Substrat getragen wurde.Es wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Menge an unterstützten Graphenschichten zu einer deutlichen Abnahme des Wärmewiderstands führte.Ein wichtiges Ergebnis war, dass die Wärmeleitfähigkeit sowohl von mehrschichtigem als auch von zweischichtigem Graphen, das über dem Graben aufgehängt war, höher war als die der unterstützten Schicht.Diese Entdeckung steht im Widerspruch zu den Erwartungen, dass die Leitung vom Graphen zum Substrat mehr Wärmeableitung erzeugen würde.Da der mittlere freie Weg thermischer Phononen in Graphen viel größer ist als die Höhe des Grabens, wird angenommen, dass ballistische akustische Phononen von der SThM-Spitze die Hauptquelle der Wärmeübertragung sind, wobei 90 % den Graben im ballistischen Regime erreichen .Eine noch über dem Graben schwebende Graphenausbuchtung zeigte ähnliche Eigenschaften, was experimentelle Unterschiede, wie z. B. die SThM-Kontaktfläche, als Grund für dieses Verhalten ausschließt.Diese Berechnungen kamen zu dem Schluss, dass dreischichtiges Graphen im Vergleich zu einschichtigem Graphen etwa 68 % der Wärmeleitfähigkeit aufwies.Schließlich zeigt die thermische Kartierung von Grenzregionen zwischen unterstützten Graphenschichten, dass die thermische Übergangsregion eine Breite von 50–100 nm hat, was theoretische Berechnungen für die mittlere freie Weglänge verifiziert.Abbildung 15. (a) SThM-Bild von unterstütztem Graphen, das unterschiedliche Dicken in der gesamten Probe zeigt;und (b) gemessener thermischer Kontaktwiderstand als Funktion der Anzahl der Graphenschichten, der eine Verringerung des thermischen Widerstands zeigt, wenn die Anzahl der Schichten zunimmt.Traditionell wurden 2D-Materialien mit s-SNOM-Bildgebungsmethoden für die chemische Analyse und optische Charakterisierung charakterisiert.Die Charakterisierung von 2D-Materialien entwickelt sich immer noch mit der Entwicklung von Anwendungen wie Nanostrukturierung und Funktionalisierung und dem Verständnis eines umfassenderen Satzes von Materialeigenschaften wie Absorptions- und Strahlungsmaterialeigenschaften.Jüngste Entwicklungen in der Nahfeldspektroskopie, z. B. die Verwendung von resonanzverstärkten und abgreifenden AFM-IR-Techniken und s-SNOM-basierter FTIR-Spektroskopie im Nanomaßstab, haben die Charakterisierungsmöglichkeiten für diese Materialklasse erweitert, um einzigartige und ergänzende Informationen zu liefern beschleunigt up Lernen und neue Entdeckungen.Die Breitband-Instrumentierung des nanoIR3-s trägt zu diesen Fortschritten bei und bietet die umfassendsten Funktionen, die heute für die 2D-Materialcharakterisierung verfügbar sind.Diese Informationen wurden aus Materialien von Bruker Nano Surfaces bezogen, überprüft und angepasst.Weitere Informationen zu dieser Quelle finden Sie unter Bruker Nano Surfaces.Bitte verwenden Sie eines der folgenden Formate, um diesen Artikel in Ihrem Essay, Ihrer Arbeit oder Ihrem Bericht zu zitieren:Bruker Nanooberflächen.(2021, 14. Januar).Charakterisierung von 2D-Materialien mit AFM-IR-Spektroskopie.AZoNano.Abgerufen am 26. August 2022 von https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=4509.Bruker Nanooberflächen."Charakterisierung von 2D-Materialien mit AFM-IR-Spektroskopie".AZoNano.26. August 2022.