空氣濕度對探針與石墨烯表面相互作用的影響

摘 要：利用原子力顯微鏡（AFM）研究了高定向熱解石墨（HOPG）表面吸附液體水分子后，針尖在連續掃描該表面過程中，非常容易將最上層表面翻折，上下兩層碳原子層之間形成扭轉角，從而產生長程有序的Moire條紋的現象。通過系統分析針尖和石墨表面相互作用力發現，空氣濕度的改變，對石墨表面的毛細作用力有較明顯的改變。因此，成為影響探針翻轉單層石墨烯程度的一個重要因素。通過已有模型擬合了空氣相對濕度與樣品掃描前后高度差之間的關系曲線圖。

關鍵詞：空氣濕度；原子力顯微鏡；掃描探針；高定向石墨表面；相互作用力

石墨烯自問世以來便憑借其優越的物理特性成為研究熱點。石墨烯厚度在納米量級，所以掃描觀測時必須借助AFM及STM等工具。而大氣環境下，掃描樣品表面會吸附水分子并形成薄膜。1993年，加利福尼亞大學的barbara小組[1]實驗發現，潮濕空氣下，針尖和很薄的水層接觸將產生較強毛細作用力，導致所得形貌圖產生較大改變，他們把樣品短暫的形貌變形歸咎于STM針尖和樣品之間的毛細作用。

顯然，不同的空氣濕度下，石墨烯表面會凝結出一層不同厚度的水膜，因此在利用STM等工具對石墨烯進行觀測的過程中，觀測結果收到的影響也應該不同。這為我們的研究提供了一定的方向。

3 結束語

文章通過理論分析，解釋了不同濕度下針尖對樣品最上層表面的操縱和翻折的機理，研究發現，空氣濕度從50%到70%的變化過程中，最上層表面的翻折高度先增加后減小，在空氣濕度約為60%時達到最大。

參考文獻

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[4]John T. Woodward and Joseph A.Height Amplifications of Scanning Tunneling Microscopy Images in Air.Langmuir 1994，10，1340-1344