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衬底基片系列

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高定向热解石墨

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HOPG基底材料用于扫描隧道显微镜和原子力显微镜。

介绍
HOPG是一种新型高纯度碳,为显微分析人员提供了一种可重复使用的平滑表面。与云母不同的是,HOPG完全无极性适用于元素分析,并且分析信号中仅有碳原子背景信号。HOPG优良的表面光滑性使其可以作为空白背景,除非分辨率达到原子级水平。在HOPG发现之初,其被称为“初生石墨”。请不要将SPI Supplies的HOPG和玻璃态碳相混淆。

薄层状结构

Gr普通石墨和特殊HOPG均系薄层状结构,就像云母二硫化钼 a及其他分层物质一样,由平的堆积层组成。所有这些薄层状的物质,其平面比层与层之间承受更大的力量,这也说明了这样的物质容易劈开的特征。

HOPG相关信息

开裂特性- HOPG具有层状结构,会像云母一样开裂。通常的方法是先用一条胶带(如3M®“Scotch Brand”双面胶)粘在HOPG的表面上,然后将其撕下,胶带上就会粘有一层薄薄的HOPG。新裂表层可以用作样本基底材料。那么每个样本上会有多少裂片呢?这很难讲清楚。对于最好的HOPG(如SPI-1或ZYA),每2mm厚的区域中大概含有20到40个裂片。我们无法保证裂片的确切数量,但如果您愿意与我们分享您宝贵的工作经验,我们会席耳恭听的。HOPG的等级越低,每2mm厚的区域中裂片数量就越少,但具体有多少我们也无法准确预测出。

基面图像-用原子级分辨率的扫描隧道显微镜拍摄HOPG的结构图像,会得到两种图像。通常观测到的是一个紧密排列矩阵的图像;在此矩阵中,每个原子被六个相邻原子包围,任意两个原子间距为0.246nm。在理想条件下,特别是探针头真正为单原子时,您将看到石墨的六边形“铁丝网”结构;其中,原子的中心间距为0.1415nm。这个距离是碳原子的基本属性,与石墨等级无关。多数情况下对HOPG的基面进行观察时,图像就是此种紧密排列的矩阵。

用作石墨单色器:据报告,SPI Supplies提供的HOPG(尤其是SPI-1和ZYA级的)比任何其它物质都能更有效地进行X射线和中子的衍射。例如对X射线来说,使用HOPG其强度是使用氟化锂晶体的5倍。使用最好的HOPG的单偏转聚焦单色器,产生的马赛克扩散最小,其亮度是同分辨率氟化锂单色器的3倍。

平整度/粗糙度- HOPG具有多晶结构,其尺寸大小不一。最好的HOPG,其晶体可达10mm。新裂表层由多大几个至十几个的0.2-0.3nm的原子梯级组成。HOPG质量越好,表面粗糙度越小,新裂表层原子梯级数越少。

马赛克扩散- 此项指标用于衡量HOPG的定向度。马赛克扩散越小,HOPG定向度越高,从而裂片表面呈现的梯级越少。马赛克扩散越低,HOPG价格越高,但其可分裂性越好,产生的裂片相应越多,这在某种程度上提高了材料的性价比。

有两种不同的牌子“SPI Supplies”和“GE Advanced Ceramics”,这可能有点容易让人混淆。HOPG的生产工艺相当保密,但我们相信不同工艺之间非常类似,不会完全不同的。两种牌子都有三种等级的产品,最高等级为“校准”级,其次为“科研”级-适用于多数实验,再次为“工艺”级-要求更低,可能主要是演示裂片性质。

通常马赛克扩散是通过X-射线衍射进行测量的。然而文献中也报道过其他一些测量方法,但不同的测量方法在测量数据上会稍有些差别。用于表征两种不同品牌HOPG的详细X-射线衍射资料未被公开过,因此也无法评判哪种更好。我们可以这样给您比喻一下,这两种方法相比较就像苹果与桔子进行比较。以下我们将就可以公开的测量方面的区别进行简单介绍。

柱状结构:
柱状结构在材料平板内部呈垂直分布,在侧表面可以看到颗粒边界。换言之,马赛克扩散沿颗粒边界偏离柱状结构正交轴的角度进行。

高温中使用
越来越多的科研领域需要使用HOPG,越来越多的场合需要良好的耐高温特性。以下信息可能会对您有所帮助:

  • 空气中:                   >  500°C/932°F (开始燃烧)
  • 0.1托真空中:              > 2500°C/4532°F
  • 惰性环境中(N, Ar, He)     > 3500°C/6332°F
z轴校准:
对HOPG裂片表面凹凸部分的高度没有进行过校准。然而,晶体表面具有固定的结构,单阶高度为0.34nm。参考:The Nature of the Chemical Bond第3版,第235页,L. Pauling,1960年著。

由于进行了分裂处理,您会很容易地发现梯级结构。另一种方法是置于烘箱中,通过氧化作用在表面产生蚀刻坑。

高纯度- 两种品牌所有等级的HOPG都具有较高的纯度,杂质含量在10ppm级或更低。

化学稳定性:
HOPG对包括四氧化锇在内的所有化学物质都具有较高的化学稳定性。然而,当其置于SPI Supplies Plasma Prep II等离子蚀刻机产生的氧等离子体中时,HOPG会迅速消失。

导热性:
由于HOPG各向异性的特点,不同方向上其导热性也不同。热导率沿基面方向为1800Wt/C?,沿垂直基面方向为8-10Wt/C?。任何类型的HOPG,其热导率都比较高。导热鳞片与其它HOPG有相同的热导率,且价格便宜。导热性似乎与HOPG的等级无关。

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