Structural models of (a) graphene,

Structural models of (a) graphene, (b) graphene oxide (GO) and (c) reduced graphene oxide (r-GO). (d) Optical absorbance of graphene is measured to be at 2.3% per single layer. The sample was supported on a porous membrane (courtesy of Rahul R. Nair)31. (e) The optical absorbance of GO is much weaker than graphene or r-GO due to less degree of π-conjugation. The inset shows the color of the corresponding GO and r-GO dispersions of the same concentration, respectively.

GBS are essentially the world's thinnest materials: they are single atomic layers with lateral dimension extends from nanometers well into tens of microns. The first characterization step is typically microscopy imaging to determine whether single layers are present, their positions on the substrate and sizes. It is an indispensable quality control tool for manufacturing GBS materials since it can provide immediate feedback to improve synthetic and processing strategies. This is especially important for single sheet level research, which starts from selecting proper GBS pieces for further experiments. Imaging is also crucial for evaluating the microstructures of solution processed GBS thin films such as surface coverage, degree of wrinkles, overlaps, and folds of individual sheets, which heavily affect the overall material properties. Therefore, developing a high-throughput, low-cost, general imaging technique that allows quick evaluation of GBS materials would be highly desirable as it could boost the R&D capability from a fundamental level. In the following sections, we first review various techniques that have been used to visualize the single atomic GBS, and then discuss a recently developed method named fluorescence quenching microscopy30.
Current imaging techniques for GBS
Optical microscopy
Regardless of the chemical composition, all GBS share one common structural feature – they are all essentially a single atomic layer. This makes the absorbance-based optical microscope observation very difficult. The optical absorbance of pristine graphene (a.k.a., mechanically exfoliated graphene) has been found to be 2.3% per single layer in the visible range31. Although it is possible to acquire optical images of suspended graphene sheets under bright field transmitted light (Fig. 1d), routine observation is difficult, especially when graphene is deposited on a substrate that increases the background absorption. This hinders the identification of graphene sheets on a substrate. GO has much paler color and even weaker optical absorbance than graphene (Fig. 1e), which practically prohibits its direct optical observation by eye under bright field illumination. Nevertheless, under reflective illumination, high-contrast optical imaging of graphene and even GO sheets has been demonstrated by interference-based techniques (Fig. 2a)32 and 33 and imaging ellipsometry (Fig. 2b)34, but only on dielectric-coated silicon wafers, where the thickness of the dielectrics (e.g., SiO2 or Si3N4) and the illuminating wavelength need to be optimized. In fact, it is on such substrates that graphene was discovered in 2004 using an optical microscope under reflective illumination.

Kết quả (Việt) 1:

Các mô hình cấu trúc của graphene (a), (b) graphen ôxít (GO) và (c) giảm graphen ôxít (r-GO). (d) quang học hấp thu của graphene được đo là 2.3% một lớp duy nhất. Mẫu được hỗ trợ trên một màng xốp (đúng trách nhiệm của Rahul R. Nguyễn) 31. (e) hấp thu quang học cờ vây là nhiều yếu hơn graphen hoặc r-GO do ít hơn mức độ của π-chia động từ. Ghép cho thấy màu sắc của đường đi tương ứng và r-GO dispersions của nồng độ tương tự, tương ứng.GBS là về bản chất của thế giới vật liệu mỏng nhất: họ là lớp nguyên tử duy nhất với bên thứ nguyên kéo dài từ nanometers đến hàng chục micron. Bước đầu tiên của đặc tính thường là các kính hiển vi hình ảnh để xác định liệu lớp duy nhất có mặt, vị trí của họ trên bề mặt và kích cỡ. Nó là một công cụ không thể thiếu kiểm soát chất lượng để sản xuất vật liệu GBS kể từ khi nó có thể cung cấp thông tin phản hồi ngay lập tức để cải thiện chiến lược tổng hợp và xử lý. Điều này là cực kỳ quan trọng nghiên cứu cấp tờ, bắt đầu từ lựa chọn thích hợp GBS miếng cho tiếp tục thí nghiệm. Hình ảnh là cũng rất quan trọng cho việc đánh giá microstructures giải pháp xử lý GBS mỏng phim chẳng hạn như phạm vi bảo hiểm trên bề mặt, mức độ của nếp nhăn, trùng lặp, và nếp gấp của tấm cá nhân, có rất nhiều ảnh hưởng đến các tài sản vật chất tổng thể. Do đó, việc phát triển một thông lượng cao, chi phí thấp, tướng quân kỹ thuật hình ảnh cho phép đánh giá nhanh chóng của vật liệu GBS sẽ rất hấp dẫn như nó có thể tăng cường năng lực R & D từ một mức độ cơ bản. Trong các phần sau, chúng tôi đầu tiên xem xét kỹ thuật khác nhau đã được sử dụng để hình dung GBS nguyên tử duy nhất, và sau đó thảo luận về một phương pháp mới phát triển tên là huỳnh quang môi microscopy30.Hiện tại hình ảnh kỹ thuật cho GBSKính hiển vi quang họcBất kể thành phần hóa học, tất cả GBS chia sẻ một trong những tính năng phổ biến cấu trúc-họ là tất cả về cơ bản là một lớp nguyên tử duy nhất. Điều này làm cho các quan sát hấp thu dựa trên kính hiển vi quang học rất khó khăn. Hấp thu quang học của hoang sơ graphen (aka, Máy móc exfoliated graphen) đã được tìm thấy là 2,3% một lớp duy nhất trong range31 có thể nhìn thấy. Mặc dù nó có thể để có được các hình ảnh quang học của tấm graphene bị đình chỉ trong các lĩnh vực sáng truyền ánh sáng (hình 1 d), thường xuyên quan sát là khó khăn, đặc biệt là khi graphen được gửi trên một bề mặt làm tăng sự hấp thu nền. Điều này gây cản trở việc xác định của graphene tờ trên một bề mặt. ĐI có nhiều màu sắc nhạt màu và hấp thu quang học thậm chí còn yếu hơn graphen (hình 1e), thực tế nghiêm cấm quan sát quang học trực tiếp bằng mắt theo lĩnh vực sáng chiếu sáng. Tuy nhiên, theo phản chiếu sáng, độ tương phản cao hình ảnh quang học của graphene và thậm chí đi tờ đã được chứng minh bởi sự can thiệp dựa trên kỹ thuật (hình 2a) 32 và 33 và hình ảnh ellipsometry (hình 2b) 34, nhưng chỉ trên tấm wafer silicon lưỡng điện bọc, nơi độ dày của sự (ví dụ như, SiO2 hay Si3N4) và các bước sóng soi sáng cần được tối ưu hóa. Trong thực tế, nó là ngày như vậy chất đó graphen được phát hiện năm 2004 bằng cách sử dụng một kính hiển vi quang học dưới ánh sáng phản chiếu.

Kết quả (Việt) 2:

Mô hình cấu trúc của (a) graphene, (b) oxit graphene (GO) và (c) giảm graphene oxide (r-GO). (d) hấp thụ quang của graphene là đo được ở mức 2,3% mỗi lớp duy nhất. Các mẫu đã được hỗ trợ trên một màng xốp (lịch sự của Rahul R. Nair) 31. (e) Độ hấp thụ quang của GO là yếu hơn nhiều so với graphene hoặc r-GO do ít mức độ π-chia động. Hình nhỏ cho thấy màu sắc của GO và r-GO phân tán tương ứng của cùng nồng độ tương ứng. GBS cơ bản là vật liệu mỏng nhất thế giới: họ là lớp nguyên tử duy nhất với chiều ngang kéo dài từ nanomet cũng vào hàng chục micron. Bước đầu tiên là đặc điểm điển hình ảnh kính hiển vi để xác định xem liệu các lớp duy nhất là hiện nay, vị trí của họ trên các chất nền và kích cỡ. Nó là một công cụ kiểm soát chất lượng không thể thiếu cho sản xuất vật liệu GBS vì nó có thể cung cấp thông tin phản hồi ngay lập tức để cải thiện chiến lược tổng hợp và xử lý. Điều này đặc biệt quan trọng đối với nghiên cứu cấp tấm duy nhất, mà bắt đầu từ việc lựa chọn miếng GBS thích hợp cho các thí nghiệm tiếp theo. Hình ảnh cũng rất quan trọng để đánh giá vi cấu trúc của giải pháp xử lý GBS màng mỏng như bao phủ bề mặt, mức độ của các nếp nhăn, sự chồng chéo, và nếp gấp của tờ cá nhân, trong đó chủ yếu ảnh hưởng đến các tính chất vật liệu tổng thể. Do đó, việc phát triển một thông lượng cao, chi phí thấp, kỹ thuật chụp ảnh chung cho phép đánh giá nhanh chóng của các vật liệu GBS sẽ rất hấp dẫn vì nó có thể làm tăng khả năng R & D từ một mức độ cơ bản. Trong các phần sau, đầu tiên chúng tôi xem xét các kỹ thuật khác nhau đã được sử dụng để hình dung nguyên tử GBS duy nhất, và sau đó thảo luận về một phương pháp phát triển gần đây có tên là huỳnh quang dập tắt microscopy30. Kỹ thuật hình ảnh hiện tại cho GBS kính hiển vi quang học Bất kể thành phần hóa học, tất cả chia sẻ một GBS đặc điểm cấu trúc chung - họ là tất cả bản chất là một lớp đơn nguyên tử. Điều này làm cho các quan sát của kính quang hấp thụ dựa trên rất khó khăn. Độ hấp thụ quang học của graphene nguyên sơ (graphene aka, máy móc tẩy) đã được tìm thấy là 2,3% mỗi lớp đơn trong range31 nhìn thấy được. Mặc dù nó có thể thu được hình ảnh quang học của tấm graphene đình chỉ theo sáng lĩnh vực truyền ánh sáng (Hình 1d.), Quan sát thói quen là rất khó, đặc biệt là khi graphene được lắng đọng trên một chất nền làm tăng sự hấp thu nền. Điều này cản trở việc xác định các tấm graphene trên chất nền. GO có nhiều màu sắc nhạt màu và độ hấp thụ quang thậm chí còn yếu hơn graphene (hình 1e.), Mà thực tế cấm quan sát quang học của nó trực tiếp bằng mắt theo lĩnh vực chiếu sáng tươi sáng. Tuy nhiên, dưới ánh sáng phản chiếu, hình ảnh quang học có độ tương phản của graphene và thậm chí GO tờ đã được chứng minh bằng các kỹ thuật can thiệp dựa trên (Hình 2a.) 32 và 33 và hình ảnh ellipsometry (Fig. 2b) 34, nhưng chỉ trên silicon điện môi tráng bánh thánh, nơi mà độ dày của chất điện môi (ví dụ, SiO2 hoặc Si3N4) và bước sóng chiếu sáng cần phải được tối ưu hóa. Trong thực tế, nó là như vậy mà trên đế graphene đã được phát hiện vào năm 2004 bằng cách sử dụng một kính hiển vi quang học dưới ánh sáng phản chiếu.