研究目的
通过氮等离子体处理研究石墨烯薄膜中低损伤氮掺杂及气载污染物的影响。
研究成果
微波N2等离子体的余辉效应使石墨烯能够实现高氮掺杂（最高达29.4% N/C）且损伤较低（D:G比值为0.35-0.45）。然而大部分氮原子以弱键形式存在，在转移至SiO2/Si基底后发生流失，表明芳香族夹杂物占比很小。该方法虽适用于低损伤功能化处理，但因污染物干扰需谨慎解读氮信号。
研究不足
该研究受空气中影响氮掺杂的污染物存在所限，且转移过程可能移除弱键合物种。氧污染及多晶衬底导致的样品不均匀性可能影响结果。氮基团的确切性质尚不明确。
1：实验设计与方法选择：
在减压条件（6托）下，采用100 sccm气体流速的微波N?等离子体后辉对铜箔上化学气相沉积生长的石墨烯薄膜进行处理。实验装置包含用于产生等离子体的表面波波导器。通过X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱（RS）分析氮掺杂及缺陷密度。
2：样品选择与数据来源：
使用25微米铜箔（Alfa Aesar货号13382）上化学气相沉积生长的石墨烯。样品处理前在大气环境中存放一个月以确?？芍馗葱浴?/p>
3：实验设备与材料清单：
设备包括配备表面波波导器的微波等离子体系统、XPS装置（ESCALAB 3 MKII，配备Al Kα和Mg Kα光源）、配备488纳米及514纳米激光的拉曼光谱仪、用于光斑尺寸验证的扫描电镜，以及超高纯度N?气体、气体净化器（SAES Pure Gas Inc氮气MC1-920F）和转移用化学品（PMMA、过硫酸铵、丙酮、异丙醇）。
4：实验流程与操作步骤：
样品进行五次30秒等离子体处理（总计150秒）。每次处理后进行XPS和RS测量。RS测量在铜上石墨烯及氧化铜特定位置进行。最终处理后，采用PMMA和刻蚀法将样品转移至SiO?/Si衬底，并进行补充XPS和RS测量。
5：数据分析方法：
XPS数据通过灵敏度因子进行峰拟合分析。RS数据通过解卷积光谱确定D:G比值，并对激光波长差异进行校正。
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copper foil
13382
Alfa Aesar
Substrate for graphene growth by CVD
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gas purifier
MC1-920F
SAES Pure Gas Inc
Purification of N2 gas to ensure minimal impurities
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XPS device
ESCALAB 3 MKII
X-ray photoelectron spectroscopy for chemical analysis
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Raman spectrometer
Raman spectroscopy for defect analysis
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SEM
Scanning electron microscopy for spot size verification
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surfatron
Wave launcher for generating microwave plasma
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