Studium interakcí mezi grafenem a klastry boranů v závislosti na jejich elektrickém náboji a dipólovém momentu

Bc. Matěj Hejda

Bachelor's thesis

Investigation of interactions between graphene and borane clusters as a function of electric charge and dipole moment

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Keywords

grafen, povrchový potenciál, KPFM, karborany, výstupní práce

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 15. 6. 2016
• Supervisor: Ing. Jiří Červenka, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Bachelor programme / field:
Nanotechnology / Nanomaterials