CC BY
1GRAFEN SINTEZINING ILK BOSQICHLARI
1Esantudiyeva Nargiza Zokir qizi, 2Jo'raboyev Tursunpo'lat Erkin o'g'li, 3Xalilov
Umedjon Boymamatovich
1talaba, Denov tadbirkorlik va pedagogoka insituti, 2PhD talabasi, O'zR FA, U.A. Arifov nomidagi Ion-plazma va lazer texnologiyalari institute, 3fiz. -mat. fanlari doktori, katta ilmiy xodim, O'zR FA, Arifov nomidagi Ion-plazma va lazer texnologiyalari instituti https://doi.org/10.5281/zenodo.11115153
Abstract. Graphene is a revolutionary material that has been attracting scientists and engineers from all over the world since its discovery. Graphene's properties make it a transformative material spanning the fields of electronics, energy storage, materials science, sensors, and biomedicine, with promising innovations that can revolutionize various industries and technologies. Despite the fact that graphene is currently produced by various production methods, the experimental understanding of the first stages of graphene synthesis remains relevant. For this reason, in this study, using the chemical vapor deposition method, the effect of temperature and carbon compound C2, which are considered to be the main parameters in the control of graphene synthesis, was studied.
Keywords: graphene, chemical vapor deposition, carbon, nickel, molecular dynamics.
Абстракт. Графен — революционный материал, привлекающий ученых и инженеров со всего мира с момента его открытия. Свойства графена делают его революционным материалом, охватывающим области электроники, хранения энергии, материаловедения, датчиков и биомедицины, с многообещающими инновациями, которые могут произвести революцию в различных отраслях и технологиях. Несмотря на то, что в настоящее время графен получают различными методами производства, экспериментальное понимание первых этапов синтеза графена остается актуальным. По этой причине в данной работе методом химического осаждения из газовой фазы было изучено влияние температуры и соединения углерода C2, которые считаются основными параметрами при контроле синтеза графена.
Ключевые слова: графен, химическое осаждение из газовой фазы, углерод, никель, молекулярная динамика.
Annotatsiya. Grafen kashf etilganidan buyon butun dunyo olimlari va muhandislarini o'ziga jalb qilib kelayotgan mo'jizaviy materialdir. Grafenning xususiyatlari uni elektronika, energiya saqlash, materialshunoslik, sensorlar va biotibbiyot sohalarini qamrab oluvchi, turli sanoat va texnologiyalarni inqilob qilishi mumkin bo'lgan istiqbolli innovatsiyalar bilan o 'zgartiruvchi materialga aylantiradi. Hozirgi vaqtda grafen turli ishlab chiqarish usullari bilan ishlab chiqarilayotganiga qaramasdan, grafen sintezining ilk bosqichlarini eksperimental ravishda tushunish xozirgacha dolzarbligicha qolmoqda. Shu sababdan ushbu tadqiqot ishda kimyovi bug 'larni cho 'ktrish usulidan foydalangan holda, grafen sintezini boshqarishda asosiy parametrlardan hisoblangan temperatura va uglerodli birkimaning C2 ta 'siri o 'rganildi.
Kalitso'zlar: grafen, kimyoviy bug'larningcho 'kishi, uglerod, nikel, molekulyar dinamika.
Uglerod allotropi bo'lgan grafen o'zining ajoyib xususiyatlari bilan nanotexnologiyada inqilob qilmoqda va bu sohani misli ko'rilmagan sur'atlarda rivojlantirmoqda. Uning bir qatlamli tuzilishi uni ajoyib mexanik kuch, ajoyib issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi va hayratlanarli optik
shaffoflik bilan ta'minlaydi.[1] Hozirgi vaqtda mexanik eksfoliatsiya "skotch lentasi usuli" kabi asosiy usullardan kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) kabi ilg'or usullargacha tadqiqotchilar grafenni keng ko'lamli, takrorlanadigan va yuqori sifatli ishlab chiqarish uchun intilishmoqda. CVD usuli grafen sintezida arzon va yuqori sifatli grafen ishlab chiqarishga imkon yaratadi.[2] Eksperimental ravishda turli xil usullarda grafen olinayotganiga qaramay, bu usullarda grafen hosil bo'lishining ilk bosqichlarini eksperiment yordamida o'rganish imkoniyati cheklangan . Grafen sintezida ilk bosqichini nazorat qilish orqali, grafenni keng o'lchmada va kam nuqsonli sintez qilishga yordam beradi.[3] Shu sababdan, ushbu tadqiqot ishida (CVD) usulidan foydalangan holda Ni(111) sirtida grafen sintezining ilk bosqichlarini o'rganish uchun temperatura va uglerodli moddaning C2 grafen sintezidagi o'rni kompyuterda modellashtirildi.
Tadqiqotda jarayonlarni modellashtirish reaktiv molekulyar dinamika (MD) ga asoslangan LAMMPS dasturiy paketi[4] orqali amalga oshirildi. Atomlar orasidagi o'zaro ta'sirini ifodalash uchun ReaxFF potensiali parametrlaridan hamda Monte-Karlo (tfMC) usullaridan ketma-ket foydalanildi[5-6] .
Temperatura T=900 K T=1200 K
1-rasm. Grafen sintez jarayonida 900 K va 1200 K temperturada 0.5 va 1.0 normallashgan vaqt oraliqlarida grafen strukturasiningyuqori tomondan (z o'qidan) ko'rinishi.
Termodinamik sistema energiyasi dastlab keskin tushish va birlashgan gradient usullarini navbatma-navbat qo'llash orqali minimallashtirildi. Keyin, NpT ansamblda 1 K/ps tezlik bilan 900 va 1200 K haroratgacha qizdirilib, NVT ansamblda termodinamik muvozanatda ushlab turildi. So'ngra, Ni(111) sirtga 900 va 1200 K temperaturga mos holda 1.5 va 2 MP o'zgarmas parsial gaz bosimini saqlagan holda uglerodli C2 birikmalari kiritildi. MD modellashtirish ishida vaqt qadami 0,25 fs qilib tanlandi.
1-rasmda grafen halqasini hosil qilish uchun muhim bo'lgan uglerod dimer, trimer, tetramer va pentamer zanjirlari mavjudligi 0,5 normallashtirilgan vaqt oralig'ida 900 K bilan
solishtirganda 1200 K da sezilarli darajada ko'p. 1.0 normallashtirilgan vaqtdan so'ng, 900 va 1200 K da mos ravishda, 10 va 40 ta geksagon uglerod halqalari soni shakillandi.
Dastlabki olingan natijalar shuni ko'rsatadiki (CVD) usulida 1200 K temperaturada nikel (111) sirtda yuqori uglerod konsentratsiyasida geksagon haqalar soni 900 K temperaturaga qaraganda 30 taga ko'roq. Geksagonli uglerod halqalarining soni ortishi, grafen shakillanishing ilk bosqichlarni ko'rsatib berdi. CVD usulida harorat va uglerod manbasini nazorat qilish, kam nuqsonli grafen sinteziga yordam beradi.
Umuman olganda, olingan natijalar eksperimental tajribalarda grafen sintezida temperatura va uglerod konsentratsiyasini nazorat qilish orqali, sintez jarayonni boshqarish va kam nuqsonli grafen olishda eksperimentatorlarga tavsiya berishi mumkin.
REFERENCES
1. Bi, Jingxuan, et al. "On the road to the frontiers of lithium-ion batteries: a review and outlook of graphene anodes." Advanced Materials 35.16 (2023): 2210734.
2. Saeed, Maryam, et al. "Chemical vapour deposition of graphene—Synthesis, characterisation, and applications: A review." Molecules 25.17 (2020): 3856.
3. Wang, Jia-bin, et al. "A review of graphene synthesisatlow temperatures by CVD methods." New Carbon Materials 35.3 (2020): 193-208.
4. C. Zou, Y. K. Shin, A. C. T. van Duin, H. Fang, and Z.-K. Liu, Molecular Dynamics Simulations of the Effects of Vacancies on Nickel Self-Diffusion, Oxygen Diffusion and Oxidation Initiation in Nickel, Using the ReaxFF Reactive Force Field, Acta Materialia 83, 102 (2015).
5. J. Mueller, A. van Duin, W. Goddard, and W. A, Development and Validation of ReaxFF Reactive Force Field for Hydrocarbon Chemistry Catalyzed by Nickel, The Journal of Physical Chemistry C 114, (2010).
6. Bal, Kristof M., and Erik C. Neyts. "On the time scale associated with Monte Carlo simulations." The Journal of chemical physics 141.20 (2014).
