Šiluminio laidumo nustatymas molibdeno disulfide elektrocheminiu sujungimu | gamtos komunikacijos

Šiluminio laidumo nustatymas molibdeno disulfide elektrocheminiu sujungimu | gamtos komunikacijos

Anonim

Dalykai

  • Fizikinė chemija
  • Dvimatės medžiagos

Anotacija

Dviejų matmenų (2D) medžiagų šilumos laidumas yra svarbus energijos kaupimui, nanoelektronikai ir optoelektronikai. Čia mes pranešame, kad molibdeno disulfido šilumos laidumą galima modifikuoti elektrocheminiu interkalavimu. Stebime skirtingą plonų plėvelių su vertikaliai išlygintomis bazinėmis plokštumomis ir natūralių birių kristalų, kurių bazinės plokštumos yra lygiagrečios paviršiui, elgseną. Šilumos laidumas matuojamas kaip litizacijos laipsnio funkcija, naudojant laiko juostos termorelektrą. Šilumos laidumo pokytis koreliuoja su ličio sukeltais struktūriniais ir kompozicijos sutrikimais. Mes taip pat parodome, kad tūrinių kristalų šilumos laidumo plokštumoje ir plokštumoje santykis padidėja dėl sutrikimo. Šie rezultatai rodo, kad krovimo sutrikimas ir fazių mišinys yra veiksmingas būdas modifikuoti 2D medžiagų anizotropinį šilumos laidumą.

Įvadas

Dvimatės (2D) sluoksniuotos struktūros medžiagos susideda iš atominių sluoksnių, turinčių stiprų vidinį sluoksnį kovalentinį ryšį, sukrautą kartu su silpnomis van der Waalso jungtimis. Pereinamojo laikotarpio metalų dichalkogenidai, svarbi 2D medžiagų klasė, pastaruoju metu sulaukia didelio susidomėjimo tyrimais dėl savo unikalių elektroninių ir cheminių savybių 1 . Visų pirma, molibdeno disulfidas (MoS 2 ) buvo išsamiai ištirtas siekiant galimo taikymo nanoelektronikoje, optoelektronikoje ir lanksčiuose elektroniniuose prietaisuose 2, 3, 4, 5 . Nors pastaruoju metu buvo pranešta apie vieno, kelių sluoksnių ir tūrinio MoS 2 šilumos laidumą, sluoksnių medžiagų anisotropiniam šilumos laidumui, kuris paprastai atsiranda kristalų augimo, gaminimo ir taikymo metu, struktūrinių ir kompozicinių sutrikimų poveikis (pvz. energijos kaupimas, termoelektronika ir nanoelektronika), dar nebuvo sistemingai apibūdinamas 6, 7, 8 .

Svečių jonai gali būti sujungti į Van der Waals tarpus MoS 2 . Interkalacija lemia elektroninės struktūros, optinių ir elektrinių savybių pokyčius 9 . Interkaliacija taip pat gali sukelti struktūrinius ir kompozicijos sutrikimus, įskaitant sluoksnių išdėstymo kitimą, sąveikos stiprumą tarp gretimų sluoksnių ir fazių perėjimus. Stebėdami elektrocheminio interkalavimo potencialą, galime kontroliuoti interkaluotų jonų kiekį. Todėl interkalacija yra veiksmingas būdas sistemingai keisti daugelio 2D medžiagų struktūrinius ir kompozicinius sutrikimus ir leidžia ištirti, kaip sutrikimas veikia jų šilumos laidumą.

Norėdami suprasti, kaip labai anizotropinių medžiagų šilumos laidumą gali paveikti sutrikimas, čia ištirsime ir nesugadinto, ir ličio jonų tarpusavyje sujungto tūrinio ir plonasluoksnio MoS 2 šilumos laidumą. Bendrame pavyzdyje bazinės MoS 2 plokštumos yra orientuotos lygiagrečiai paviršiui; tuo tarpu plonos plėvelės pavyzdyje „MoS 2“ bazinės plokštumos yra vertikaliai išlygintos. Lix MoS 2 mėginių, turinčių skirtingus ličio jonų elektrocheminės sąveikos laipsnius ( x ), šilumos laidumas buvo matuojamas laiko juostos termorelektantu (TDTR). Mes parodėme, kad ličio jonų interkalacija daro drastiškai skirtingą poveikį šiluminiam transportui šiose skirtingose ​​MoS 2 formose dėl kristalinės orientacijos skirtumų ir pradinių struktūrinių sutrikimų. Ryškiausias mūsų pastebėjimas yra tai, kad birių Li x MoS 2 kristalų šiluminės anizotropijos santykis padidėja nuo 52 ( x = 0) iki 110 ( x = 0, 34) dėl litizacijos sukeltų krovimo sutrikimų ir fazių perėjimo. Šiluminės anizotropijos santykis yra plokštumoje esančio ir plokštumoje esančio šilumos laidumo santykis, svarbus šilumos parametrų medžiagų valdymas. Šiluminės anizotropijos padidėjimas, didėjant sutrikimui, prieštarauja intuicijai: ankstesni tyrimai rodo, kad struktūriniai sutrikimai paprastai sumažina šiluminės anizotropijos santykį 13, 14 . Mūsų analizė rodo, kad padidėjęs šiluminės anizotropijos santykis Li x MoS 2 tūriniuose kristaluose yra tikėtinas dėl fonono fokusavimo efektų ir ryškių skirtumų litizacijos sukelto sutrikimo plokštumoje ir per plokštumą ilgio skalėje.

Rezultatai

Mėginio paruošimas

Plonasluoksnių „MoS 2“ pavyzdžiai su vertikaliai išlygintomis bazinėmis plokštumomis buvo auginami greitai sierinant Mo ploną plėvelę 15 . Tūriniai MoS 2 mėginiai buvo gauti mechaniškai eksfoliuojant birius MoS 2 kristalus (SPI reikmenys). 1a paveiksle pateiktas skerspjūvio perdavimo elektroninės mikroskopijos (TEM) vaizdas rodo, kad po cheminio garų nusodinimo (CVD) augimo plėvelės storis yra ~ 200 nm, o „MoS 2“ atominiai sluoksniai daugiausia yra statmeni substratui su kraštais. ant paviršiaus veikiami „MoS 2“ sluoksniai. Tipiškas vertikaliai išlygintos „MoS 2“ plėvelės TEM vaizdas iš viršaus yra rodomas 1b pav. Plona plėvelė yra polikristalinė su atsitiktine orientacija į juosteles arba stulpelinius grūdus. Šių stulpelių grūdelių skerspjūvio plotas yra ∼ 10 nm ir kelių dešimčių nanometrų ilgio. Tūriniai „MoS 2“ mėginiai, kurių tipinis storis yra 10–20 μm, buvo paruošti naudojant standartinę škotinės juostos mechaninę eksfoliaciją. Masinio „MoS 2“ pavyzdžio TEM vaizdas iš viršaus yra pavaizduotas 1c pav., Kur matyti aukštos kokybės „MoS 2“ atominė plokštuma.

Image

a ) „MoS 2“ plonos plėvelės su vertikaliai išlyginta pagrindine plokštuma skerspjūvio TEM vaizdas. Mastelio juosta, 20 nm. ( b ) „MoS 2“ plonos plėvelės TEM vaizdas iš planų. Mastelio juosta, 10 nm. c ) tūrinio „MoS 2“ kristalo TEM vaizdas iš planų; Mastelio juosta, 2 nm.

Visas dydis

Image

Spektrai, gaunami esant a ) žemiems ir b ) aukštiems dažniams. Y- ašis yra signalo intensyvumas, normalizuotas lazerio galia (S / P), skaičiuojant vienetą per sekundę per milvatą (cps mW −1 ). Didysis spektras pasislenka 50 cps mW −1 . Birių Li x MoS 2 mėginių Ramano spektrai esant skirtingiems litacijos laipsniams ( x = 0, 0, 34 ir 0, 68) esant c ) žemiems dažniams, ( d ) aukštiems dažniams. X = 0, 34 ir x = 0 spektrai paslinkti atitinkamai 65 ir 130 cps mW −1 .

Visas dydis

Image

Plonasluoksnių (juodų) ir birių (raudonų) „MoS 2“ pavyzdžių palyginimas su Wang ir kt . 55 (punktyrinė linija) plonasluoksnėms „Li x MoS 2“ .

Visas dydis

Image

a ) Birių ir plonasluoksnių Li x MoS 2 mėginių, skirtų matuoti TDTR, schema. ( b ) Šilumos laidumas Li x MoS 2 ėminiams su skirtingu litizacijos laipsniu x . Mėlynieji kvadratai: plonasluoksnio MoS 2 šilumos laidumas per plokštumą; juodieji kvadratai: tūrinio MoS 2 šilumos laidumas per plokštumą; juodi atviri kvadratai: tūrinio MoS 2 šilumos laidumas plokštumoje. Mažiausias birių ir plonasluoksnių bandinių šilumos laidumas brėžiamas atitinkamai kaip juodos ir mėlynos punktyrinės linijos. Bendras išmatuoto šiluminio laidumo neapibrėžtis apskaičiuojamas atsižvelgiant į sistemines paklaidas, atsirandančias dėl plėvelės storio, lazerio taško dydžio ir keitiklio plėvelės bei substrato šiluminių savybių neapibrėžčių.

Visas dydis

Tolesnė birių ir plonasluoksnių MoS 2 mėginių struktūrinė analizė prieš lituojant buvo atlikta rentgeno spindulių difrakcija ir Ramano spektroskopija. Rentgeno spinduliuotės difrakcijos metu jungtiniai mėginiai rodo stiprią (002) smailę, esančią 2 θ = 14, 4 o, ir (004), (006) ir (008) smailę su mažėjančiu dydžiu rodo, kad jungtinio mėginio bazinės plokštumos yra lygiagretus paviršiui. Plonų plėvelių pavyzdžiuose yra dvi smailės, esančios 32, 8 o ir 58, 5 o kampuose, atsirandančios dėl difrakcijos iš (100) ir (110) atskirų stulpelių grūdelių, atitinkančių mūsų išvadą iš TEM vaizdų, kad bazinės plokštumos yra vertikaliai išlyginta (išsami informacija pateikta 5 pav.). Priešingai nei jungtinis mėginys, plonos plėvelės mėginio rentgeno spinduliuotės difrakcijos spektre (002) smailė nepastebėta, nes plokštumos (002) normalioji pusė yra lygiagreti substrato paviršiui.

Image

a ) MoS 2 plonasluoksnių mėginių rentgeno spindulių difrakcijos spektrai ant safyro pagrindo. Dvi difrakcijos smailės sutampa su standartiniais MoS 2 (100) ir (110) rentgeno spindulių difrakcijos miltelių modeliais. Todėl dominuojanti gardelės orientacija MoS 2 plonasluoksnių pavyzdžių yra (100) ir (110). Difrakcijos smailė esant 32, 8 ° ir 58, 5 ° atitinka grotelių konstantą atitinkamai 2, 73 ir 1, 58 Å. ( b ) Atskirai tarpai tarp MoS 2 sluoksnių, esančių dideliuose MoS 2 pavyzdžiuose. Klaidų juostos apskaičiuojamos atsižvelgiant į eksperimentines klaidas ir sistemines klaidas, atsirandančias dėl neapibrėžtumų pritaikant rentgeno spindulių difrakcijos spektrus. Įdėtasis grafikas yra MoS 2 (002) smailės padėties pasikeitimas x Li x MoS 2 .

Visas dydis

2a, b paveiksle pateiktas tūrinių ir plonasluoksnių MoS 2 mėginių Ramano spektras. Norėdami nustatyti žemo dažnio tarpsluoksnį

Image
fonono režimu mes panaudojome tris atspindinčio tūrio „Bragg“ grotelių filtrus („BragGrate“ įpjovos filtrus) kartu su vieno praėjimo monochromatoriumi, kad pasiektume mažus frequency 10 cm – 1 dažnio poslinkius. E 1 g režimas (286 cm – 1 ) stebimas tik plonos plėvelės pavyzdžiuose, kol
Image
Kaip tikėtasi, režimas (32 cm – 1 ) yra tik jungtiniuose mėginiuose. Remiantis „Raman“ atrankos taisyklėmis, E 1 g režimas yra draudžiamas atliekant eksperimentus su grįžtamuosiuose bandymuose masinės MoS 2 bazinėje plokštumoje (žr. 16, 17). Tačiau kai krintanti šviesa išsibarsto ant kraštinės briaunos esančio MoS 2 paviršiaus, atitinkamas išsibarstęs Ramano tensorius patiria sukimosi transformaciją, kuri lemia diferencinio sklaidos skerspjūvį, kuris nėra lygus nuliui, taigi galima pastebėti E 1 g režimą. Taigi stebint E 1 g režimą plonasluoksnių pavyzdžių pavidalu, matyti, kad MoS 2 bazinės plokštumos yra vertikaliai išlygintos, atitinkančios TEM ir rentgeno spindulių difrakcijos duomenis. Nėra
Image
režimą (kurio nedraudžia atrankos taisyklės) plonasluoksnių bandinių veikiausiai lemia atsitiktinai orientuoti stulpelių grūdai ir CVD išaugintų mėginių sukravimo sutrikimas. Be to, nors ir A 1 g esant 383 cm – 1 ir
Image
esant 408 cm – 1 režimams, yra birių ir plonų plėvelių „MoS 2“, o didžiausias plokštumos išorinis intensyvumas
Image
režimas yra panašus į plokštumoje esantį
Image
režimas jungtiniame ėminyje ir ∼ 3 kartus didesnis už
Image
režimas plonos plėvelės pavyzdyje tokiomis pačiomis matavimo sąlygomis. Toks pageidautinas išorinės plokštumos režimo sužadinimas taip pat atitinka plonos plėvelės pavyzdžio vertikaliai išlygintą kristalų tekstūrą, atsižvelgiant į Ramano sklaidos skerspjūvio priklausomybę nuo poliarizacijos 15 .

Mes atlikome ličio jonų elektrocheminį sujungimą tiek biriame, tiek plonasluoksniame „MoS 2“, norėdami išsiaiškinti, kaip skirtingos orientacijos MoS 2 mėginiuose litacija veikia šilumos laidumą. Plonasluoksnių MoS 2 pavyzdžių ličio jonų interkalacija buvo atlikta galvanostatinės iškrovos būdu stikliniame buteliuke, pirštinių dėžutės viduje; birių MoS 2 mėginių elektrocheminis interkalavimas, atliekamas naudojant monetų elementų baterijų nustatymą 18 . Abiem atvejais kaip darbinis elektrodas buvo naudojami „MoS 2“ pavyzdžiai, o kaip priešpriešinis ir etaloninis elektrodas - ličio folija.

Plonasluoksnių ir birių „MoS 2“ pavyzdžių iškrovos kreivės parodytos 3 pav. Atliekant ličio jonų sujungimą, pastebimas tiksliai apibrėžtas plato potencialas tarp 1, 1–1, 2 V, nes „MoS 2“ pagrindinė gardelė patiria fazės perėjimą. nuo 2H iki 1T 19 fazės. Įtampos kritimą pradiniame biriųjų MoS 2 mėginių iškrovos kreivės etape sukelia ličio jonų masės transportavimo apribojimai. Įtampa palaipsniui atsigauna, kai ličio jonų transportavimą palengvina defektai, susidarę interkaliacijos metu. Plonos plėvelės MoS 2 išleidimo procese įtampos kritimas nebuvo stebimas, o tai galima priskirti dideliam kraštų vietų tankiumui kraštiniuose plonos plėvelės pavyzdžiuose.

Ličio jonų interkalacijos procesą 1, 1–3, 0 V intervale apibūdiname kaip 1 reakciją:

Image

Mes apskaičiuojame vidutinę ličio sudėtį iš elektroninio krūvio, perduoto į „MoS 2“, remdamiesi teorine savitąja įkrovos geba, kad būtų galima visiškai suderinti 167 mA h g −1 (nuoroda 19). Taigi, kontroliuodami galvanostatinės iškrovos proceso trukmę, kaip parodyta 3 pav., Vertikaliai išlyginta Li x MoS2 plonasluoksnė plėvelė ( x = 33%, 46%, 68% ir 100%) ir lituoti jungtiniai mėginiai Buvo paruošti (20%%, 40%%, 60%%, 80% ir 100%) įvairių litizacijos kiekių ( x ).

Kadangi krūvio perkėlimas atliekant elektrocheminį sujungimą gali įtakoti sudėtingas šonines reakcijas, faktinis kiekvieno mėginio litizacijos laipsnis ( x ) gali skirtis nuo apskaičiuotų verčių. Norint nustatyti tikrąjį x tūrinių MoS 2 mėginių x , indukciniu būdu surištos plazmos masės spektroskopijos matavimai buvo atlikti su vienu visiškai lituotu jungtiniu mėginiu. Li, Mo ir S atomų masių santykis apskaičiuojamas matuojant elementinio masės tūriniame Li x MoS 2 ėminyje, padengtą metaline danga (bendroji masė≈1 mg). Išmatuotas x yra 86%, o tai rodo pagrįstą sutapimą tarp apskaičiuoto ir išmatuoto ličio kiekio ličio proceso metu. Faktinis x kituose dideliuose Li x MoS 2 ėminiuose tada yra padalijamas iš to paties koeficiento 0, 86.

Šilumos laidumas

MoS 2 pavyzdžiai (schema parodyta 4a pav.) Buvo apibūdinti TDTR, kad būtų galima nustatyti šilumos laidumo pokyčius, kuriuos sukelia ličio jonų sąveika. Plonų plėvelių ir birių Lix MoS 2 mėginių TDTR duomenys yra pateikti kaip x funkcija 4b pav. Plonasluoksnių Li x MoS 2 šilumos laidumas per plokštumą monotoniškai sumažėja nuo ≈3, 4 W m −1 K −1 ( x = 0) iki .7 1, 7 W m −1 K −1 ( x = 1) didėjant ličio kiekiui. . Birių Li x MoS 2 šilumos laidumas per plokštumą pirmiausia sumažėja nuo ≈2, 0 W m −1 K −1 ( x = 0) iki .40, 4 W m −1 K −1 ( x = 0, 34), o vėliau padidėja iki .6 1, 6 W m −1 K −1 ( x = 0, 86). Šilumos laidumas plokštumoje seka panašia tendencija, kuri sumažėja nuo ≈105 W m −1 K −1 ( x = 0) iki ≈ 45 W m −1 K −1 ( x = 0, 34), o vėliau padidėja iki ≈ 80 W m −1 K −1 ( x = 0, 86).

Norėdami suprasti tokį drastišką šilumos laidumo sumažėjimą, apskaičiavome minimalų šilumos laidumą

Image

Lix MoS 2, naudojant supaprastintą Cahill ir kt . modelį. 20 esant aukštai temperatūros ribai. Mažiausias šilumos laidumas yra

Image
, kur k B yra Boltzmanno konstanta, n yra atominis tankis (atomai cm – 3 ), v L yra išilginis garso greitis, o v t yra skersinis garso greitis 21 . Mox ir S atomų atominiai tankiai Li x MoS 2 plonose plėvelėse buvo išmatuoti Rutherfordo atgalinės sklaidos spektrometrija; v L matuojamas pikosekundės akustika; v t matuojamas nustatant paviršiaus akustines bangas, naudojant fazės poslinkio kaukę 22 . Mes įvertinome atominio tankio ir išilginio garso greičio pokyčius dėl litizacijos. Daugiau informacijos galima rasti skyriuje „Metodai“ ir „Papildomuose metoduose“.

Plonasluoksnių Lix MoS 2 pavyzdžių polikristalinė struktūra su atsitiktinai orientuotais stulpeliniais grūdais yra skersinė izotropinė, kad būtų galima pritaikyti šį įprastą minimalaus šilumos laidumo modelį. Vis dėlto dideliuose Li x MoS 2 pavyzdžiuose stipri anizotropinė struktūra sukelia reikšmingą fonono fokusavimo efektą 23, kuris slopina vidutinį visos plokštumos grupės greitį dėl santykinai aukšto grupės plokštumoje greičio. Mes priėmėme modifikuotą minimalaus šilumos laidumo modelį, kurį neseniai pasiūlė Zhen ir kt . 41 (S (7 lygtis) jų papildomoje medžiagoje) ir atlikdami procedūrą apskaičiavo biriųjų Li x MoS 2 minimalų šilumos laidumą (išsamią informaciją žr. 1 papildomoje pastaboje su parametrais, parodytais 1 papildomoje lentelėje).

Jei išmatuotas mažiausias tūrinių arba plonų plėvelių Li x MoS 2 šilumos laidumas per plokštumą sutinka su numatomu minimaliu šilumos laidumu, fononai yra stiklinės grotelių virpesiai netvarkinguose kristaluose, esant tokiai kompozicijai. Apskaičiuotasis tūrinis ir plonasluoksnių Lix MoS 2 minimalus šilumos laidumas pavaizduotas 4b pav. Kaip brūkšninės linijos. Tiek matuojamas tūrinių, tiek plonasluoksnių Li x MoS 2 šilumos laidumas per plokštumą yra didesnis nei numatytasis minimalus šilumos laidumas, o tai rodo, kad nemaža šių pavyzdžių fononų dalis sklinda.

Tarpsluoksnio atstumo apibūdinimas

Didelis tarp sluoksnių išsiplėtimas išilgai c ašies dažnai stebimas po to, kai sujungiamos didelio skersmens molekulės arba jonai 11, 24 . Surinkome rentgeno spinduliuotės difrakcijos spektrus biriems Li x MoS 2 mėginiams su skirtingu ličio jonų interkalacijos kiekiu (0≤ x ≤0, 86), kad būtų galima nustatyti sluoksnio tarpo pokyčius dėl ličio jonų interkalacijos. Prieš imant mėginius rentgeno spindulių difrakcijai apibūdinti, mėginiai buvo įstatyti į orui nepralaidų mėginių laikiklį su berilio (Be) langu į argono užpildytą pirštinių dėžutę. 5b paveikslas parodo, kad nesugadinto MoS2 (002) smailė yra 14, 40 o, o smailės padėtis slenka iki 14, 28 o Li 0, 86 MoS2. Atliekant nesugadintą MoS 2 ir Li 0, 86 MoS 2, atitinkamai tarpai tarp sluoksnių yra 6, 16 ir 6, 19 Å, tai yra 0, 5% gardelės konstantos pokytis. Įvertiname gardelių tarpo matavimo neapibrėžtį kaip .60, 6%. Silpna grotelių konstantos priklausomybė nuo ličio kiekio atitinka faktą, kad ličio jonų 25 efektyvusis joninis spindulys (76 pm) yra šiek tiek mažesnis nei oktaedrinė vieta Van der Waals plyšyje, esančiame MoS 2 . Jei darome prielaidą, kad efektyvusis joninis S 2 spindulys yra 1, 84 Å, o sandarus S 2 atomų pakavimas - oktaedrinės vietos spindulys yra 76 pm (nuoroda 25). Mūsų atliktas Li 0, 86 MoS 2 tarpsnio tarp sluoksnių matavimas sutinka su naujausiais stebėjimais, pateikiančiais minimalius LiMoS 2 tarpsluoksnių atstumo pokyčius (žr. 26, 27).

Elastinės konstantos

Toliau mes išmatuojome elastines savybes, naudodami siurblio-zondo metodus, kad padėtume suprasti šilumos laidumo pokyčius mūsų pavyzdžiuose. Polikristalinės MoS 2 plonos plėvelės su vertikaliai išlygintomis bazinėmis plokštumomis yra skersinės izotropinės, turinčios penkias veiksmingas nepriklausomas vidutines elastines konstantas:

Image

,

Image
,
Image
,
Image
ir
Image
. 6 paveiksle pavaizduotas efektyvusis
Image
ir
Image
plonasluoksnių Li x MoS 2 elastinės konstantos. Tamprioji konstanta
Image
Lix MoS2 plonos plėvelės kiekis sumažėja nuo 147 GPa ( x = 0) iki 121 GPa ( x = 1). Net jei Li x MoS 2 plonų plėvelių tankis padidėja 11% nuo x = 0 iki x = 1, sumažėjime dominuoja išilginio garso greičio sumažėjimas nuo 5 720 ms −1 iki 4 930 ms −1 (matuojant pikosekundės akustika). apie
Image
. Tamprioji konstanta
Image
padidėja nuo 22 GPa ( x = 0) iki 32 GPa ( x = 0, 34), o tada sumažėja iki 18 GPa ( x = 1). Mes dar nesuprantame plonos plėvelės Li x MoS 2 elastinių konstantų kitimo tendencijos. Viena iš galimų priežasčių yra jungimosi energijos didėjimo, atsirandančio dėl ličio jonų sąveikos, ir didėjančio struktūrinio bei kompozicinio sutrikimo (pavyzdžiui, taškų defektų ir fazių mišinio) poveikis. Daugiau informacijos apie matavimus aprašyta skyriuje „Metodai“ ir „Papildomi metodai“.

Image
Image
(kvadratas) sumažėja nuo 147 GPa ( x = 0) iki 121 GPa ( x = 1).
Image
(deimantas) padidėja nuo 22 GPa ( x = 0) iki 32 GPa ( x = 0, 34), o tada sumažėja iki 18 GPa ( x = 1). Palyginimui taip pat nubraižyti biriųjų Li x MoS 2 mėginių (apskritimo) C 33 . C 33 palaipsniui keičiasi nuo 52 GPa ( x = 0) iki 58 GPa ( x = 0, 86), pereinamuoju tašku esant x ≈0, 34. Klaidų juostos apskaičiuojamos atsižvelgiant į eksperimentines klaidas ir sistemines klaidas, atsirandančias dėl Al plėvelės storio, Li x MoS 2 plėvelės tankio ir įvesties elastinių konstantų neapibrėžčių.

Visas dydis

Didžiųjų Li x MoS 2 mėginių elastinės konstantos C 33 taip pat pavaizduotos 6 pav.. C 33 palaipsniui keičiasi nuo 52 GPa ( x = 0) iki 58 GPa ( x = 0, 86), pereinamuoju tašku esant x ≈0, 34, kuris siūlo pereiti fazę dideliame kiekyje Li x MoS 2.

Ramano spektroskopija

Mes panaudojome Ramano spektroskopiją, norėdami toliau apibūdinti ličio sukelto struktūrinio ir kompozicinio sutrikimo tūrinį Li x MoS 2 sutrikimą, kad gautume daugiau žinių apie kitus fonono sklaidos mechanizmus, kurie galėtų pakeisti šilumos laidumą. Visi birūs Li x MoS 2 mėginiai, išskyrus nesugadintą „MoS 2“, buvo įkelti į pirštinių dėžę į namuose pagamintą mėginių laikiklį, kuriame nėra oro, be sandarinimo žiedo ir prisukamų jungčių ir išmatuoti per laikiklio stiklinį langą. Kaip parodyta 2c, d pav., Žemo dažnio smailės stipris esant ∼ 32 cm −1, atitinkantis

Image

2H-MoS 2 šlyties režimas mažėja didėjant litacijos laipsniui ( x ). Mažėjantis smailės intensyvumas

Image
režimas priskiriamas didėjančiam krovimo sutrikimui, atsirandančiam dėl ličio jonų interkalacijos. 2H į 1T fazėje pereinant, Mo atomo plokštumų krūvis keičiasi iš ABA (du molekuliniai sluoksniai ląstelės vienetui) į AA (viena molekulinė plokštuma ląstelės vienetui) 28, 29 . Kai MoS 2 sluoksnio atominė struktūra keičiasi iš prizminės aBa (2H) struktūros į aštuonkampę aBc (1T) (viršutinės raidės atitinka Mo plokštumas, mažosios raidės atitinka S plokštumas) 30, aukšto dažnio
Image
ir 1 g režimai raudonai pasislenka atitinkamai nuo 383 iki 377 cm −1 ir nuo 408 iki 402 cm − 1, nes ličio kiekis padidėja nuo x = 0 iki x = 0, 86. Stebimas raudonasis poslinkis daugiausia priskiriamas S atomo poslinkiui tarp sluoksnių 2H į 1T fazės pokyčio metu 31 .

Diskusija

Ličio jonų interkalacija į van der Waals plyšį gali pakeisti MoS 2 šiluminį pernešimą dėl kelių skirtingų mechanizmų. Pirma, 2D sluoksnio tarpai gali pasikeisti dėl 10, 11, 19 litijos . Be to, naujausiame teoriniame darbe nustatyta, kad sujungti ličio jonai padidina surišimo energiją per orbitos hibridizaciją tarp katijonų (ličio jonų) ir anijonų (MoS 2 ) (nuoroda 32). Antra, sujungtas ličio elektronas paaukoja į MoS 2, o tai keičia Mo oksidacijos būsenas, taigi ir MoS 2 elektronines savybes (žr. 33, 34). Galiausiai, interkalacija skatina fazių perėjimą iš puslaidininkio 2H fazės į metalinę 1T fazę 19 .

Elektros laidumo padidėjimas, kurį sukelia fazių perėjimas iš puslaidininkio 2H į metalinę 1T fazę, negali paaiškinti birių Li x MoS 2 šilumos laidumo plokštumoje pokyčių. Neseniai atliktas tyrimas rodo, kad metalinės fazės (1T) LiMoS 2 elektrinis laidumas plokštumoje yra ≈300 S cm −1, ∼ 500 kartų didesnis nei puslaidininkinės fazės (2H) MoS 2 (nuoroda 35). Atitinkamas elektroninis indėlis į bendrą šilumos laidumą, numatytas Wiedemanno – Franzo įstatyme, LiMoS 2 yra tik 0, 2 W m –1 K – 1 . Toks mažas padidėjimas negali būti dominuojantis mechanizmas, kuriuo būtų galima atsižvelgti į tūrinio Li x MoS 2 šilumos laidumo pokytį plokštumoje nuo 45 iki 80 W m −1 K −1, kai x = 0, 34 iki 0, 86.

Mes įvertinome Leibfriedo – Schlomanno (LS) lygtį, norėdami įvertinti gardelės tarpo, elastinių konstantų ir masės tankio pokyčių įtaką Li x MoS 2 šilumos laidumui. LS lygtis atsižvelgia tik į trijų fononų sklaidos greičių pokyčius ir yra tokia

Image

, kur

Image
yra vieneto masė, δ 3 atitinka atomo tūrį, T yra temperatūra, γ yra Grüneiseno parametras atitinkamai šilumos perdavimo krypčiai, ω D yra atitinkamos šilumos perdavimo krypties Debye dažnis, o B yra fizinių konstantų amalgama 36 . Naudodami Debye dažnį, apibrėžtą kaip ω D = v D k D , kur k D yra Debye ribinis vektorius, v D yra garso greitis, galime išreikšti šilumos laidumą
Image
, kur B ′ yra konstanta, C ij yra tamprioji konstanta, o ρ yra tankis. Atsižvelgiant į 4% vieneto elemento atominės masės padidėjimą, 11% tankio padidėjimą, 18% efektyviosios elastinės konstantos sumažėjimą
Image
ir 0, 5% padidinus atstumą tarp grotelių Li x MoS 2 plonoms plėvelėms nuo x = 0 iki 1, LS lygtis numato 33% visos plokštumos šilumos laidumo sumažėjimą, jei darysime prielaidą, kad Grüneiseno parametro pokytis yra nereikšmingas. Kadangi TDTR matavimas rodo, kad plonasluoksnių Li x MoS 2 šilumos laidumas per plokštumą nuolat mažėja nuo ≈3, 4 iki ≈1, 7 W m −1 K −1 nuo x = 0 iki 1, darome išvadą, kad gardelės suminkštėjimas yra reikšmingas indėlis į šilumos laidumo mažinimą plonose Li x MoS 2 plėvelėse.

Panašiai kaip jungtiniai mėginiai, jei elastinių konstantų, gardelių tarpo, tankio ir atominės masės pokyčius vienetiniame elemente laikome atitinkamai 11%, 0, 5%, 3, 3%, 3, 8%, atitinkamai nuo x = 0 iki x = 0, 86, Manoma, kad šilumos laidumas per plokštumą padidės ≈14%. Remiantis tomis pačiomis prielaidomis, Li x MoS 2 šilumos laidumas plokštumoje turėtų padidėti ≈5% nuo x = 0 iki x = 0, 34. Toks nedidelis pokytis ir skirtingos tendencijos rodo gardelės išsiplėtimą ir tamprųjį pastovų pokytį, kuris negali paaiškinti ryškaus šiluminio laidumo per plokštumą pokyčio, kurį stebėjome dideliuose Li x MoS 2 mėginiuose.

Įdomu tai, kad tūrinių Li x MoS 2 mėginių Ramano spektroskopija atskleidė, kad A 1 g režimo smailė dalijasi į dvi smailės 402 ir 408 cm −1, o E 2 g 2 smailė šiek tiek plečiasi x = 0, 34 pavyzdyje, ir tai rodo, 2H ir 1T fazių buvimas. Smailių padalijimas buvo susijęs su Davydovo optinių fononų šakų poromis dėl tarpsluoksnių sąveikos sukeltų vidinio sluoksnio režimų suskaidymo, kai ličio kiekis mažesnis nei x = 0, 34 (nuoroda 29). Mes dar nelabai suprantame, kodėl padalijama

Image
smailė nėra aiškiai stebima x = 0, 34 ėminyje, tačiau ji gali būti susijusi su tarpine atomine struktūra nebaigtame fazės pakeitimo procese. Tiek aukšto, tiek žemo dažnio Ramano spektrai rodo didėjantį krovimo sutrikimą ir fazių mišinį litizacijos metu.

Dėl dviejų fazių sugyvenimo ir didėjančio krūvio sutrikimo padidėja fonono ribų išsibarstymas, o šilumos laidumas tiek plokštumos, tiek plokštumos kryptimis mažėja, kol didžiausias sutrikimo laipsnis pasiekiamas x ≈0, 34. Interliacijai vykstant, dideliame MoS 2 pavyzdyje vis labiau dominuoja 1T fazė (0, 34 < x <0, 86), o fonono ribų sklaidos greitis mažėja, taigi šilumos laidumas vėl pradeda didėti.

Ryškiausias pastebėjimas yra tai, kad didėjančio sutrikimo metu birių Li x MoS 2 šiluminės anizotropijos santykis padidėja nuo 52 ( x = 0) iki 110 ( x = 0, 34). Ši šiluminės anizotropijos santykio kitimo tendencija, atsižvelgiant į konstrukcijos defektus ar sutrikimus, iš tikrųjų yra prieštaringi ir neperžengia jokių ankstesnių darbų. Pavyzdžiui, neseniai atliktas Renteria ir kt . Grafeno oksido plėvelių tyrimas. 14 parodytas padidėjęs šiluminės anizotropijos santykis, susijęs su mažėjančiu sutrikimu po atkaitinimo. Luckyanova ir kt . 13 nustatė, kad šiluminės anizotropijos santykis mažėja, maišant sąsajos atomus superlatakėse. Netvarkingų WSe 2 kristalų šiluminės anizotropijos santykis ≈30 yra panašus į gerai išdėstytų WSe 2 kristalų anizotropijos santykį 37, 38 . Mūsų atlikti litizuotų MoS 2 tūrinių kristalų matavimai rodo, kad litacijos sukeltas krūvio sutrikimas ir fazių perėjimas gali padidinti šiluminės anizotropijos santykį.

Fonono – fonono ir fonono ribų išsibarstymas yra du galimi didžiojo Li x MoS 2 sklaidos mechanizmai. Kaip aptarta aukščiau, mes įvertinome vidinio gardelės šiluminio laidumo pokyčius, kuriuos riboja fonono ir fonono sąveika dėl elastinių konstantų ir atominių tankių pokyčių. Numatomi vidinio fonono-fonono sklaidos greičio pokyčiai yra maži, todėl mes neįtraukiame fonono-fonono sklaidos pokyčių, kaip vyraujančio mechanizmo litizuoto tūrio Lix MoS 2 . Mūsų Ramano spektroskopijos duomenų derinys ir ryškus tūrinių pavyzdžių šilumos laidumo pokytis rodo, kad didžiojo Li x MoS 2 fonono sklaidoje vyrauja fonono ribų išsibarstymas dėl sukraunamojo sutrikimo, kurį sukelia fazių perėjimas.

Labai anizotropinių sluoksnių medžiagose ribotos fonono ribos be vidurkio takais plokštumoje ir per plokštumą gali skirtis pagal didumo tvarką dėl fonono fokusavimo efektų ir skirtingo ilgio sutrikimų skalės derinio plokštumos ir plokštumos kryptys. Kai ribų išsibarstymas dominuoja ties fonotonų kelyje, kuriame nėra fonono, fokusavimas pagal fononą sukuria anizotropinį kelią be fonono net kubiniuose kristaluose 39 . Neseniai atliktas modeliavimo tyrimas 40 rodo, kad plonos grafito plėvelės gali išlaikyti savo aukštą šilumos laidumą plokštumoje, net esant 10 nm plėvelės storiui. Kitaip tariant, labai anizotropiniuose kristaluose ribų išsibarstymas išilgai c ašies turi tik minimalų poveikį ab- plokštumos šilumos laidumui. Tolesni eksperimentiniai šio poveikio įrodymai yra gauti iš neseniai atlikto eksperimentinio tyrimo, kuriame apžvelgiamos CVD išaugintos plonos grafito plėvelės 41, kur fonono vidurkiai be kelio skiriasi daugiau nei eilės tvarka: fonono vidurkio kelias be plokštumos yra ≈300 nm. o kelias per vidurį be vidurio yra <20 nm.

Nors norint griežtai išanalizuoti, kaip skirtingas fonono atšakas veikia ribos ir kitos sutrikimo formos, reikalingas sudėtingas fonono pernešimo modelis, mes galime įvertinti, kaip riboti fononai reiškia vidinius laisvojo kelio takus c- ašyje L c ir ab- L ab plokštumos pokytis su x lyginant mūsų išmatuotus šilumos laidumus su ankstesniais tyrimais. Mes palyginame išmatuoto tūrinio Li x MoS 2 šilumos laidumą plokštumoje su vieno sluoksnio MoS 2 šilumos laidumu, numatytu pagal pirmąjį principą paremtą Boltzmanno transportavimo lygties skaičiavimą kaip fonono ribų sklaidos funkciją 42 . Šis palyginimas rodo, kad L ab sumažėja nuo> 1 μm iki ≈ 200 nm, kai x = 0–0, 34.

Panašiai palyginus mūsų išmatuoto tūrinio Li x MoS 2 šilumos laidumą per plokštumą ir prognozuojamą pagal principą, pagrįstą Boltzmanno transporto lygties skaičiavimais, galima teigti, kad L c = 200 nm, esant x = 0 (ref. 43). Mažiausias šiluminis laidumas per visą plokštumą mūsų masiniuose mėginiuose yra panašus į turbostratinių nanokristalinių MoS 2 plonų plėvelių, nusodintų magnetrono dulkinimu, savybes 36 . Turbostratinių plonų plėvelių pavyzdžiuose koherentinio pluošto ilgis nežinomas, tačiau jis turėtų būti mažesnis už grain5 nm grūdelių dydį (nuoroda 44). Panašus krovinių kaupimo sutrikimas mūsų jungtiniuose mėginiuose Li x MoS 2 rodo, kad L c <5 nm, kai x = 0, 34. Tikėtinas šio ryškaus fonono kelio vidurkio skirtumo paaiškinimas yra tas, kad ličio jonai lengviau pasiskirsto plokštumos kryptimi, palyginti su visos plokštumos kryptimi. Dėl to ličio jonų tarpusavio sąveikos sukeltų sutrikimų tankis yra ne toks ryškus plokštumos kryptimi. Tiek L c, tiek L ab pasiekia savo mažiausias vertes, kai maksimaliai sumaišomos abi fazės, kai x = 0, 34.

Galiausiai pastebėjome, kad plonasluoksnių Li x MoS 2 mėginių šiluminis laidumas plokštumoje yra daug mažesnis nei bendrojo Li x MoS 2 mėginio šilumos laidumas plokštumoje, o šiluminio laidumo per plokštumą tendencijos x funkcija skiriasi birių ir plonasluoksnių pavyzdžių atveju. Palyginti su biria MoS 2, bazinėse plokštumose, esančiose Li x MoS 2 plonose plėvelėse, yra didelis defektų tankis, ypač taškiniai defektai ir deguonies priemaišos, susidarę plonojo mėginio cheminių garų augimo proceso metu. Defektai gali žymiai sumažinti 2D medžiagų šilumos laidumą padidindami fonono sklaidą 45, 46, 47 . Nors puslaidininkio 2H ir metalo 1T fazių perėjimas taip pat vyksta plonasluoksnių bandinių pavidalu, kaip nurodyta plokščiosios iškrovos kreivėje, skirtingai nuo bendrojo pavyzdžio, sugedusios plonos plėvelės Li x MoS 2 šilumos laidumas yra jautresnis grotelių minkštėjimui. nei krovimo sutrikimas 47 . Remdamiesi mūsų tampriųjų konstantų matavimo rezultatais ir įvertinimu LS lygtimi, mes priskiriame mažėjančią šilumos laidumo tendenciją Li x MoS 2 plonosiose plėvelėse, didėjančiose ličio kiekiuose x , tinklelio minkštėjimui ir padidėjusiam fonono ribų išsibarstymui ties. grūdų arba fazių ribos 48 .

Mes ištyrėme anizotropinį šiluminį pernešimą birių kristalų ir CVD išaugintose plonos plėvelės MoS 2 mėginiuose su skirtingais ličio jonų interkalacijos kiekiais. Mes įrodėme, kad interkalacija skirtingai veikia šiluminį transportą birių ir plonos plėvelės pavyzdžių pavidalu, priklausomai nuo kristalinės 2D struktūros kokybės. Be to, mes nustatėme, kad litacija linkusi sumažinti fonono be vidurkio kelią labiau išilgai plokštumos krypties Li x MoS 2, o ne plokštumos kryptimi, kol didžiausias sutrikimo laipsnis bus pasiektas x ≈0, 34, todėl žymiai padidėja šiluminės anizotropijos santykis. Šis darbas pateikia įžvalgą apie struktūrinių ir kompozicinių pokyčių (pvz., Sutrikimo, tarpo tarp sluoksnių ir sąsajų) įtaką 2D medžiagų pritaikymui, kai šilumos valdymas yra labai svarbus.

Metodai

Plonasluoksnių MoS 2 sintezė

MoS 2 plonos plėvelės buvo užaugintos ant safyro horizontalioje kvarco vamzdžių krosnyje (Lindberg / Blue M 1100 ° C vamzdžių krosnis su 1 skersmens vamzdžiu). Substratas buvo iš anksto nusodintas 70 nm Mo plonąja plėvele, kurios elektrinis laidumas yra apie 4, 8 × 10 5 S cm –1 . Tada Mo plėvelė buvo dedama į vamzdelio krosnies centrą, o S milteliai (Sigma Aldrich) buvo įpilti į keraminį tiglį ant vamzdelio krosnies aušintuvo aušintuvo zonos. Kai vamzdžio krosnies centras pasiekia 750 ° C, S temperatūra buvo 200–250 ° C. Iš pradžių vamzdis 10 minučių buvo praplojamas Ar dujomis (100 sccm) deguoniui pašalinti. Chemiškai garinant MoS 2 plonai plėvelei, Ar dujų srautas buvo palaikomas 100 sccm, o vamzdelio krosnies temperatūra greitai padidėjo iki 750 ° C per 15 min., Po to palaikoma 20 min., Po to natūralus aušinimas. žemyn.

Ličio elektrocheminis interkalavimas

Plonasluoksniai ir birūs „MoS 2“ pavyzdžiai buvo surinkti į akumuliatorių konfigūraciją argonu užpildytų pirštinių dėžutėje, kad būtų galima sujungti ličio jonus. Plonasluoksnės MoS 2 švitinimas buvo atliekamas stikliniame buteliuke. Kaip katodas ir anodas buvo naudojami atitinkamai plonasluoksniai MoS2 ir ličio folijos gabalas, o elektrolitu - 1, 0 M LiPF6 30:70 (tūrio proc.) Etilenkarbonato / dimetilkarbonato (Sol-Rite). Plonos plėvelės pavyzdys buvo apvyniotas nerūdijančio plieno folijos gabalėliu, kuris buvo naudojamas kaip elektrinis kontaktas. Iškrovos srovė buvo 14 μA. Masinio MoS 2 ličio jonų interkalacija buvo atlikta naudojant 2025 monetų ląsteles, kurių katodas buvo MoS 2, anodas - ličio folija, 1, 0 M LiPF6 santykiu 30:70 (tūrio proc.) Etileno karbonato / dimetilkarbonato kaip elektrolito, ir „Celgard 2400“ separatorių. Didžiajai MoS 2 iškrovos srovė buvo 10 μA. Pasibaigus iškrovos procesui, visi mėginiai keletą dienų buvo atpalaiduoti, prieš juos valydami dietilo karbonatu (bevandeniu, Sigma Aldrich) pirštinių dėžutėje, kad pašalintumėte elektrolitą, likusį ant mėginio paviršių. Mėginiai buvo užantspauduoti sandariuose aliuminio maišeliuose, prieš iškeliant juos iš pirštinių dėžutės, ir išsiųsti iš Ann Arbor, MI į Urbana, IL, kad būtų galima dulkinti Al ar NbV nusėdimą, kad būtų galima išmatuoti TDTR.

TDTR matavimai

TDTR buvo naudojamas birių ir plonasluoksnių tarpusavyje sujungtų MoS 2 šilumos laidumui matuoti. TDTR eksperimentinę sąranką ir modelio informaciją galima rasti kitur, 49, 50 . Visa kita informacija parodyta papildomuose metoduose.

Prieš atliekant TDTR matavimus, magnetrono dulkinimu ant pavyzdžių buvo dedamos plonos metalinės plėvelės (Al arba NbV). Prieš proceso kamerą išpumpuojant, mėginiai buvo veikiami oro tik 3–5 s. Mes išmatuojome MoS 2 šilumos laidumą per plokštumą, kai f = 9, 8 MHz, kai fokusuotų lazerio spindulių 1 / e 2 spindulys yra w 0 = 11, 7 μm. Šiame darbe aprašytas „MoS 2“ plonų plėvelių šilumos laidumas yra akivaizdusis (arba efektyvusis) plonosios plėvelės šilumos laidumas, įskaitant dvi sąsajų tarp „MoS 2“ ir gretimų medžiagų šiluminę varžą, be vidinės plėvelės šiluminės varžos. TDTR duomenų jautrumas plonos plėvelės Li x MoS 2 šilumos laidumui plokštumoje yra mažas, todėl šį plokštumoje esantį šilumos laidumą išmatuoti yra sudėtinga.

Mes išmatuojome tūrinio MoS 2 šilumos laidumą per f = 9, 8 MHz, kai w 0 = 11, 7 μm. Buvo pritaikytas biriųjų MoS 2 šilumos laidumas ir tarpfazinis šilumos laidumas tarp Al ir MoS 2 . Masinio MoS 2 šilumos laidumas plokštumoje buvo matuojamas naudojant spindulio poslinkio TDTR metodą, kaip aprašyta nuorodoje. 6, esant f = 1, 1 MHz, kai w 0 ≈ 27 μm. Atliekant šį matavimą buvo naudojamas NbV keitiklis, kurio šiluminės savybės buvo apibūdintos ref. 51. Bendras išmatuoto šiluminio laidumo neapibrėžtis apskaičiuojamas atsižvelgiant į sistemines paklaidas, atsirandančias dėl plėvelės storio, lazerio taško dydžio ir keitiklio plėvelės bei substrato šiluminių savybių neapibrėžčių. Mes bandėme naudoti 65 nm storio NbV ploną plėvelę kaip metalo keitiklį, kad išmatuotume plonos „MoS 2“ plėvelės šilumos laidumą plane TDTR metodu. Tačiau dėl santykinai mažo plėvelės šiluminio laidumo, t.

Image

, kur d yra plonos plėvelės storis, šilumos srautas plokštumoje metalo keitiklyje ir safyro substrate vietoje MoS 2 plonos plėvelės dominuoja šoninis šilumos srautas, dėl kurio mažas jautrumas plonai plėvelei yra plokštuminis šilumos laidumas matuojant TDTR. Šilumos laidumas matuojamas skirtingose ​​vietose mūsų mėginiuose, siekiant patvirtinti vienalytį ličio pasiskirstymą.

Elastinių konstantų matavimas

Lix MoS 2 plonų plėvelių elastinės konstantos buvo išmatuotos naudojant siurblio-zondo metodiką. Polikristalinė MoS 2 plona plėvelė su vertikaliai išlygintomis bazinėmis plokštumomis yra skersinė izotropinė, turinti penkias veiksmingas nepriklausomas vidutines elastines konstantas:

Image

,

Image
,
Image
,
Image
ir
Image
. Klaidų juostos, ∼ 20%, apskaičiuojamos atsižvelgiant į eksperimentines klaidas ir sistemines klaidas, atsirandančias dėl neapibrėžtumų Al plėvelės storyje, Li x MoS 2 plėvelės tankyje ir įvesties elastingose ​​konstantose.

Panašiai buvo apskaičiuotos tūrinės Lix MoS 2 ( C 33 ) elastinės konstantos

Image
, kur ρ apskaičiuojamas remiantis jungtinių MoS 2 mėginių (5, 06 g cm −3 ) vertėmis ir litacijos laipsniu x , ρ = 5, 06 (160 + 7 x ) / 160. Mes nusodinome ≈10 nm NbV ant didžiųjų Li x MoS 2 mėginių ir panaudojome 52 pikosekundės interferometriją, kad nustatytume garso išilginį greitį v L. Pikosekundės interferometrijoje Brillouin sklaidos dažnis f B susijęs su išilginiu garso greičiu v, kai f B = 2 nv L / λ , kur n yra mėginio refrakcijos indeksas, o λ - lazerio bangos ilgis. Šiam skaičiavimui mes panaudojome literatūros vertę n ≈4, 7, kai λ = 785 nm 53 . Šiam pikosekundės interferometrijos matavimui naudojama ta pati eksperimento sąranka kaip ir TDTR. Visa kita informacija parodyta papildomuose metoduose.

Ramano spektroskopijos matavimas

Ramano spektroskopijos matavimai buvo atlikti naudojant Acton Insight spektrometrą (Princeton Instruments). Žadinimo bangos ilgis yra 488 nm, naudojant spektrofizikos ciano (CDRH) kietojo kūno lazerį. Avoid1 mW galia naudojama siekiant išvengti pernelyg didelio mėginio kaitinimo. Mes naudojome optinę konfigūraciją, panašią į tą daugiasluoksnį grafeną 54 ; lazerinės plazmos linijos pašalinamos naudojant „BragGrate“ pralaidumo filtrą (OptiGrate), o Rayleigh linija slopinama naudojant tris „BragGrate“ įpjovos filtrus (OptiGrate) iš eilės, kurių kiekvienas turi 3 optinį tankį ir spektro juostos plotį 5–10 cm – 1 . Užpakalinis signalas buvo surinktas per 20 × objektyvą (skaitmeninė diafragma = 0, 4), kurio mėginio paviršiuje lazerio taškas buvo ≈10 μm, ir buvo išsklaidytas 1200 g mm −1 grotelėmis, kurių spektro skiriamoji geba ≈2 cm −1 .

Papildoma struktūrinė analizė

Plonasluoksnių MoS 2 mėginių TEM pavyzdžiai buvo paruošti naudojant FEI FIB200 fokusuotą jonų pluošto sistemą. TEM mėginiai buvo paruošti šlifuojant rankomis ir ultragarsu tiriant etanolyje. TEM buvo atliktas naudojant „Hitachi HD 2300 STEM“. Rentgeno spindulių difrakcija buvo atlikta naudojant „Rigaku SmartLab“ rentgeno spindulių difraktometrą.

Duomenų prieinamumas

Duomenys, pagrindžiantys pagrindinius šio tyrimo duomenis, pateikiami iš atitinkamų autorių paprašius.

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

    1 papildoma lentelė, 1 papildoma pastaba, papildomi metodai ir papildomos nuorodos

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.