Praktické aplikace grafenu, hlavně v odvětví senzoriky a v optoelektronice, jsou podmíněny porozuměním tomu, jaké jsou interakce mezi samotným uhlíkovým nanomateriálem a vnějšími adsorbovanými molekulami a jak tyto interakce ovlivňují některé důležité vlastnosti grafenu. V první části své bakalářské práce shrnuji vybrané základní poznatky z fyziky pevných látek, které jsou následně využity při popisu obecných, chemických i fyzikálních vlastností využívaných látek a materiálů. Vlastní kapitola je věnována grafenu, jeho elektronové pásové struktuře a specifickým vlastnostem, které se týkají epitaxního grafenu na karbidu křemíku. Samostatné shrnutí je také věnováno mezimolekulárním nevazebným interakcím, které jsou hlavním zprostředkovatelem vazby mezi uhlíkovým povrchem a karboranovými klastry, a tomu, jak ovlivňují vlastnosti tohoto 2D uhlíkového alotropu. Krátký přehled byl také věnován využitým analytickým metodám a souhrnu toho, jaká jsou specifika při využití těchto metod na modelovém systému grafen/SiC. V praktické části byla provedena depozice rozdílných karboranových klastrů na grafen a samotná míra interakce byla měřena pomocí metody AFM a KPFM. Bylo změřeno, že pro fyzisorbované molekuly bez funkčních chemických skupin nedochází k jejich jednotné orientaci, která je klíčová pro cílenou modifikaci výstupní práce povrchu, nezávisle na tom, jak jsou rozloženy uhlíkové atomy v molekule. Dále byl měřením experimentálně potvrzen předpoklad, že vliv deponovaných alkalických kovů z karboranových solí na výstupní práci je výrazně větší, než efekt samotných organických molekul.
Anotace v angličtině
Understanding the interactions at the interface of graphene and adsorbed molecules is essential for further development of novel electronic and sensoric devices. In first section of my bachelor thesis, I summarize selected topics from solid state physics, which are later utilized to explain some of the properties of used materials. One chapter is devoted to graphene, its electronic and band structure and to specific properties of epitaxial graphene grown on silicon carbide. Brief summary is also concluded on non-covalent interactions and how they impact the properties of graphene. Some basic concepts are also recapped in regards to the used analytical methods and their specifics during the graphene/SiC measuring utilized in the following chapters. In experimental part of my bachelor thesis, the effect of various carborane clusters on graphene surface was measured. It is shown that due to the lack of chemical functionalization, there is no preferred ordering of dipoles in the layer of all the tested isomers. This highlights the necessity of such functionalization for precise tuning of graphene work function. It is also shown that alkali metals induce much stronger change to the graphene work function compared to the carborane clusters.
Klíčová slova
grafen, povrchový potenciál, KPFM, karborany, výstupní práce
Klíčová slova v angličtině
graphene, surface potential, KPFM, carboranes, work function
Rozsah průvodní práce
45 s.
Jazyk
CZ
Anotace
Praktické aplikace grafenu, hlavně v odvětví senzoriky a v optoelektronice, jsou podmíněny porozuměním tomu, jaké jsou interakce mezi samotným uhlíkovým nanomateriálem a vnějšími adsorbovanými molekulami a jak tyto interakce ovlivňují některé důležité vlastnosti grafenu. V první části své bakalářské práce shrnuji vybrané základní poznatky z fyziky pevných látek, které jsou následně využity při popisu obecných, chemických i fyzikálních vlastností využívaných látek a materiálů. Vlastní kapitola je věnována grafenu, jeho elektronové pásové struktuře a specifickým vlastnostem, které se týkají epitaxního grafenu na karbidu křemíku. Samostatné shrnutí je také věnováno mezimolekulárním nevazebným interakcím, které jsou hlavním zprostředkovatelem vazby mezi uhlíkovým povrchem a karboranovými klastry, a tomu, jak ovlivňují vlastnosti tohoto 2D uhlíkového alotropu. Krátký přehled byl také věnován využitým analytickým metodám a souhrnu toho, jaká jsou specifika při využití těchto metod na modelovém systému grafen/SiC. V praktické části byla provedena depozice rozdílných karboranových klastrů na grafen a samotná míra interakce byla měřena pomocí metody AFM a KPFM. Bylo změřeno, že pro fyzisorbované molekuly bez funkčních chemických skupin nedochází k jejich jednotné orientaci, která je klíčová pro cílenou modifikaci výstupní práce povrchu, nezávisle na tom, jak jsou rozloženy uhlíkové atomy v molekule. Dále byl měřením experimentálně potvrzen předpoklad, že vliv deponovaných alkalických kovů z karboranových solí na výstupní práci je výrazně větší, než efekt samotných organických molekul.
Anotace v angličtině
Understanding the interactions at the interface of graphene and adsorbed molecules is essential for further development of novel electronic and sensoric devices. In first section of my bachelor thesis, I summarize selected topics from solid state physics, which are later utilized to explain some of the properties of used materials. One chapter is devoted to graphene, its electronic and band structure and to specific properties of epitaxial graphene grown on silicon carbide. Brief summary is also concluded on non-covalent interactions and how they impact the properties of graphene. Some basic concepts are also recapped in regards to the used analytical methods and their specifics during the graphene/SiC measuring utilized in the following chapters. In experimental part of my bachelor thesis, the effect of various carborane clusters on graphene surface was measured. It is shown that due to the lack of chemical functionalization, there is no preferred ordering of dipoles in the layer of all the tested isomers. This highlights the necessity of such functionalization for precise tuning of graphene work function. It is also shown that alkali metals induce much stronger change to the graphene work function compared to the carborane clusters.
Klíčová slova
grafen, povrchový potenciál, KPFM, karborany, výstupní práce
Klíčová slova v angličtině
graphene, surface potential, KPFM, carboranes, work function
Zásady pro vypracování
Vypracování odborné rešerše na téma: grafen a jeho fyzikální a chemické vlastnosti, boranové a karboranové klastry a jejich fyzikální a chemické vlastnosti, popis základních nekovalentních interakcí a jejich vlivu na vlastnosti nanomateriálů (grafenu), elektrostatické interakce mezi molekulami a grafenem, jejich vliv na elektrické vlastnosti grafenu (význam, teoretický popis, způsoby experimentálního měření a možnosti využití v praktických aplikacích) a mikroskopie atomárních sil (AFM a KPFM).
Příprava studovaných materiálů a depozice klastrů boranů na grafen (výběr vhodné metody pro tvorbu tenkých molekulárních vrstev na povrchu grafenu pro AFM/KPFM měření).
Měření fyzikálně-chemických vlastností rozhraní mezi grafenem a borany (hodnocení morfologie a elektronických vlastností materiálů pomocí AFM, KPFM, Ramanovy spektroskopie a SEM).
Interpretace naměřených výsledků a jejich teoretické modelování (použití elektrostatické aproximace).
Zhodnocení dosažených výsledků.
Zásady pro vypracování
Vypracování odborné rešerše na téma: grafen a jeho fyzikální a chemické vlastnosti, boranové a karboranové klastry a jejich fyzikální a chemické vlastnosti, popis základních nekovalentních interakcí a jejich vlivu na vlastnosti nanomateriálů (grafenu), elektrostatické interakce mezi molekulami a grafenem, jejich vliv na elektrické vlastnosti grafenu (význam, teoretický popis, způsoby experimentálního měření a možnosti využití v praktických aplikacích) a mikroskopie atomárních sil (AFM a KPFM).
Příprava studovaných materiálů a depozice klastrů boranů na grafen (výběr vhodné metody pro tvorbu tenkých molekulárních vrstev na povrchu grafenu pro AFM/KPFM měření).
Měření fyzikálně-chemických vlastností rozhraní mezi grafenem a borany (hodnocení morfologie a elektronických vlastností materiálů pomocí AFM, KPFM, Ramanovy spektroskopie a SEM).
Interpretace naměřených výsledků a jejich teoretické modelování (použití elektrostatické aproximace).
Zhodnocení dosažených výsledků.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
K. S. Novoselov, V. I. Falko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab, K. Kim, A roadmap for graphene, Nature 490, 192200 (2012), doi:10.1038/nature11458
S. Braun, W. R. Salaneck, M. Fahlman, Energy-Level Alignment at Organic/Metal and Organic/Organic Interfaces, Advanced Materials 21, 14501472 (2009), doi:10.1002/adma.200802893
N. Dontschuk, A. Stacey, A. Tadich, K. J. Rietwyk, A. Schenk, M. T. Edmonds, O. Shimoni, C. I. Pakes, S. Prawer, and J. Cervenka, A graphene field-effect transistor as a molecule-specific probe of DNA nucleobases, Nature Communications 6, 6563 (2015), doi:10.1038/ncomms7563
J. Cervenka, A. Budi, N. Dontschuk, A. Stacey, A. Tadich, K. J. Rietwyk, A. Schenk, M. T. Edmonds, Y. Yin, N. Medhekar, M. Kalbac, C. I. Pakes, Graphene field effect transistor as a probe of electronic structure and charge transfer at organic molecule-graphene interfaces, Nanoscale 7, 1471 1478 (2015), doi:10.1039/C4NR05390G
J. F. Lübben, T. Baše, P. Rupper, T. Künniger, J. Macháček, S. Guimond, Tuning the surface potential of Ag surfaces by chemisorption of oppositely-oriented thiolated carborane dipoles, Journal of Colloid and Interface Science 354, 168174 (2011), doi:10.1016/j.jcis.2010.10.052
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
K. S. Novoselov, V. I. Falko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab, K. Kim, A roadmap for graphene, Nature 490, 192200 (2012), doi:10.1038/nature11458
S. Braun, W. R. Salaneck, M. Fahlman, Energy-Level Alignment at Organic/Metal and Organic/Organic Interfaces, Advanced Materials 21, 14501472 (2009), doi:10.1002/adma.200802893
N. Dontschuk, A. Stacey, A. Tadich, K. J. Rietwyk, A. Schenk, M. T. Edmonds, O. Shimoni, C. I. Pakes, S. Prawer, and J. Cervenka, A graphene field-effect transistor as a molecule-specific probe of DNA nucleobases, Nature Communications 6, 6563 (2015), doi:10.1038/ncomms7563
J. Cervenka, A. Budi, N. Dontschuk, A. Stacey, A. Tadich, K. J. Rietwyk, A. Schenk, M. T. Edmonds, Y. Yin, N. Medhekar, M. Kalbac, C. I. Pakes, Graphene field effect transistor as a probe of electronic structure and charge transfer at organic molecule-graphene interfaces, Nanoscale 7, 1471 1478 (2015), doi:10.1039/C4NR05390G
J. F. Lübben, T. Baše, P. Rupper, T. Künniger, J. Macháček, S. Guimond, Tuning the surface potential of Ag surfaces by chemisorption of oppositely-oriented thiolated carborane dipoles, Journal of Colloid and Interface Science 354, 168174 (2011), doi:10.1016/j.jcis.2010.10.052
Přílohy volně vložené
1 CD-ROM
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.