Raman and AFM study of grapheneoxide prepared by wet oxidation of graphene

Abstract

Grafen tek katman grafite verilen isimdir. Eşsiz elektronik, mekanik ve optik özelliklerinden dolayı bilim dünyasında çok geniş bir ilgiye sahiptir. Deneysel olarak ilk defa Andre Geim tarafından 2004 yılında mekanik olarak katmanlarına ayırma yöntemiyle elde edilmiştir. Grafen çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Örneğin; alan etkili transistor, Optik modülatör, doğrultucular, ultra hızlı lazerler, geniş alanlı membranlar vb. Son zamanlarda kimyasal olarak değiştirilmiş grafen tabanlı malzemelere olan ilgi artmıştır. Kimyasal değişimle grafenin çeşitli özellikleri değişebilir. Grafen oksit (GO). GO grafenden farklı olarak yalıtkan özellik göstermektedir. Bu çalışmada kullanılan grafen örnekleri mekanik olarak katmanlarına ayırma yöntemiyle elde edilmiştir ve ıslak kimyasal yöntemle oksitlenmiştir. Daha sonra örnekler Raman spektroskopisi ve Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanılarak incelenmiştir. Ortalama bir reaksiyon süresinde örnek kenarlarında nanoboyutlu grafen oksit adalarının oluştuğu gözlemlenmiştir. Uzun oksitlenme süresinde örneğin tamamı oksitlenebilir. Tek katmanlı grafenin çok katmanlı graphene gore daha reaktif olduğu görülmüştür. Birkaç mikrometre genişliğinde grafen kullanarak tamamı grafen oksit nano adalarla kaplı örnek elde edilebileceği gösterilmiştir. Farklı grafen örnekleri üzerinde yapılan detaylı çalışmalarda, grafen üzerinde bölgesel katkılanmanın nano adaların oluşumunda önemli rol oynadığı tespit edilmiştir. Nano adaların yalıtkan özellik göstermesine karşın, örneğin geri kalan kısmı iletken özellik göstermektedir. Oksitleme işlemi kimyasal buhar depolama (CVD) yöntemi ile büyütülmüş tek katmanlı grafen örnekleri için de gerçekleştirilmiştir.

Graphene, a single layer of graphite, has attracted extensive interest due to its unique electronic, mechanical, and optical properties. Experimentally, it was first obtained in 2004 by Konstantin Novoselov and Andre Geim via mechanical exfoliation from graphite. Graphene enable a variety of applications such as field effect transistors (FETs), optical modulators, non-linear rectifiers, ultrafast lasers, large-area membranes and etc. Recently, there is an increasing interest in chemically modified graphene based materials. Through chemical modification and functionalization, it is possible to tune various properties of graphene. Graphene oxide (GO) is one such material which is unlike graphene is electrically insulating and may be used as an intermediate step for further functionalization of the sample.In this study, graphene samples prepared by micromechanical exfoliation of graphite were oxidized using wet chemistry. The samples are then investigated using Raman spectroscopy and Atomic Force Microscopy. Formation of nano-sized graphene oxide islands near the edges of the samples are observed for intermediate reaction durations. For longer oxidation durations it is possible to completely oxidize the sample surface. Single layer graphene was found to be more reactive than multilayer samples. We have demonstrated that using a few micrometer wide graphene it is possible to prepare completely graphene oxide nanodomains covered samples. Extensive experiments on many different graphene flakes indicate that local impurity doping of the graphene plays a central role in the formation of nanodomains. Although the domains are insulating, the rest of the sample remains to be conductive. Wet oxidation process were carried out for chemical vapor deposition (CVD) grown graphene