Gas phase synthesis of graphene nanosheets in microwave plasma torch at atmospheric pressure and their properties

JAŠEK, Ondřej, Jozef TOMAN, Miroslav ŠNÍRER, Vít KUDRLE and Jana JURMANOVÁ. Gas phase synthesis of graphene nanosheets in microwave plasma torch at atmospheric pressure and their properties. In Graphene Week 2018. 2018.

Basic information

• Original name: Gas phase synthesis of graphene nanosheets in microwave plasma torch at atmospheric pressure and their properties
• Name in Czech: Syntéza grafénových nanošupin v mikrovlnném pochodňovém výboji za atmosférického tlaku
• Authors: JAŠEK, Ondřej, Jozef TOMAN, Miroslav ŠNÍRER, Vít KUDRLE and Jana JURMANOVÁ.
• Edition: Graphene Week 2018, 2018.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Conference abstract
• Country of publisher: Spain
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: Graphene Week 2018 conference
• Organization unit: Faculty of Science
• Keywords (in Czech): grafén, mikrovlnné plazma
• Keywords in English: graphene, microwave plasma
• Tags: International impact

Abstract

Free-standing graphene nanosheets synthesis by ethanol decomposition in microwave plasma represents simple and environmentally friendly way of graphene production in the form of powder [1]. In our work microwave plasma torch (2.45 GHz, 200-1000 W) is used to synthesize graphene nanosheets in Ar (250-1000 sccm) discharge with ethanol (1-30 sccm) admixture. We use dual channel configuration of nozzle electrode with central Ar flow and precursor/Ar flow in secondary channel. During the synthesis well-balanced reaction scheme of C, O, H species is achieved leading to the growth of graphene nanosheets. The synthesized nanosheets are collected on silicon oxide substrate or from the tube wall (Fig 1.). The deposition process (discharge power, gas flows, substrate temperature) is investigated with aim to obtain maximum amount of single layer graphene. We also studied the growth of graphene directly on a dielectric substrate by insertion of Si/SiO2 substrate near the plasma discharge (Fig. 2.). The homogeneity and quality of graphene layer was investigated in dependence of substrate temperature and precursor flow. Plasma discharge is monitored by optical emission spectroscopy and prepared samples are analyzed by SEM, Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy.

Abstract (in Czech)

Syntéza volně stojících grafenových nanosheet rozkladem ethanolu v mikrovlnné plazmě představuje jednoduchý a ekologický způsob výroby grafenu ve formě prášku [1]. V naší práci se pro syntézu grafenu používá mikrovlnný plazmový hořák (2,45 GHz, 200-1000 W) nanosheety v Ar (250-1000 sccm) se vypouštějí s příměsí ethanolu (1-30 sccm). Používáme duální kanálová konfigurace tryskové elektrody s centrálním tokem Ar a sekundárním tokem prekurzoru / Ar kanál. Během syntézy se dosáhne dobře vyváženého reakčního schématu druhů C, O, H k růstu grafenových nanosheet. Syntetizované nanosheety se shromažďují na oxidu křemičitém substrát nebo ze stěny zkumavky (obr. 1). Proces depozice (vybíjecí výkon, toky plynu, substrát teplota) se zkoumá s cílem získat maximální množství jednovrstvého grafenu. My také studoval růst grafenu přímo na dielektrickém substrátu inzercí Si / Si02 substrátu blízko plazmatický výboj (obr. 2.). V roce 2007 byla zkoumána homogenita a kvalita grafenové vrstvy závislost teploty substrátu a toku prekurzoru. Plazmový výboj je monitorován opticky emisní spektroskopie a připravené vzorky jsou analyzovány SEM, Ramanovou spektroskopií a rentgenem fotoelektronová spektroskopie.

Links

• GA18-08520S, research and development project: Name: Studium procesu nukleace dvourozměrných uhlíkových nanostruktur v mikrovlnném plazmatu

Investor: Czech Science Foundation

• LO1411, research and development project: Name: Rozvoj centra pro nízkonákladové plazmové a nanotechnologické povrchové úpravy (Acronym: CEPLANT plus)

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR