تعیین تعداد لایه‌های MoS2 با استفاده از طیف سنجی رامان

تعیین تعداد لایه‌های MoS2 با استفاده از طیف سنجی رامان

مولیبدن دی سولفید (MoS2) به عنوان یکی از مواد کاربردی در صنایع مختلف به شمار می‌رود. ساختار لایه‌ای و منحصر بفرد این ترکیب،‌ خصوصیات منحصر به فردی را به وجود آورده است. اما این خواص به شدت تحت تاثیر تعداد لایه‌های آن قرار دارند. بنابراین باید از یک روش آنالیزی قدرتمند برای تعیین تعداد لایه‌های مولیبدن دی سولفید استفاده شود. طیف سنجی رامان با ارزیابی مُدهای ارتعاشی این ترکیب، دو روش برای تعیین تعداد لایه‌های مولیبدن دی سولفید فراهم می‌سازد. برای آشنایی با جزئیات این دو روش، تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.
Raman_Nano_Determining the number of MoS2 layers using Raman spectroscopy

فهرست مطالب

شناسایی مولیبدن دی سولفید با طیف سنجی رامان

مولیبدن دی سولفید (MoS۲) یک ماده دو بعدی با ساختاری شبیه به گرافن است. این ترکیب به دلیل دارا بودن مساحت سطح بالا، سایت‌های فعال فراوان و ساختار لایه‌ای منحصر به فرد، مورد توجه بسیاری از صنایع قرار گرفته است. نانوساختارهای مبتنی بر مولیبدن دی سولفید در باتری‌های قابل شارژ، کاتالیزورها و حسگرهای گازی استفاده می‌شوند. در واقع می‌توان گفت که این ترکیب یک ماده چند منظوره با کاربردهای گسترده در زمینه‌های مختلف است. با توجه به اهمیت و کاربردهای گسترده این ماده، یک روش سریع و دقیق مورد نیاز است که بتواند این ساختارها را به راحتی آنالیز کند. برای این منظور میکروسکوپ رامان انتخاب بسیار مناسبی است. در واقع طیف سنجی رامان نوعی طیف سنجی مولکولی است که به بررسی مُدهای ارتعاشی مولکول‌ها می‌پردازد. بنابراین می‌توانید به راحتی از تکنولوژی رامان برای شناسایی و مشخصه‌یابی ترکیب لایه‌ای مولیبدن دی سولفید استفاده کنید.

شکل ۱:‌ میکروسکوپ رامان تکرام به همراه طیف رامان مولیبدن دی سولفید

طیف‌سنجی رامان با آنالیز ساختارهای لایه‌ای اطلاعات ارزشمندی در رابطه با تعداد لایه‌ها ارائه می‌دهد. قبلا در رابطه با چگونگی تعیین تعداد لایه‌های گرافن با استفاده از طیف سنجی رامان توضیح دادیم. پیشنهاد می‌کنم که این مطلب را نیز مطالعه نمایید.
مولیبدن دی سولفید نیز همانند گرافن ساختار لایه‌ای دارد. تعداد لایه‌های این ترکیب فاکتور بسیار مهمی است که بر خصوصیات مختلف آن تأثیر می‌گذارد. بنابراین ارزیابی تعداد لایه‌ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این جا هم می‌توانیم از طیف سنجی رامان استفاده کنیم. زیرا تعداد لایه‌های مولیبدن دی سولفید بر طیف رامان آن تاثیر می‌گذارد. برای این منظور، آنالیز رامان دو راهکار برای تعیین تعداد لایه‌های مولیبدن دی سولفید ارائه می‌دهد.

مطالعه مقاله  استفاده از طیف سنجی رامان در شناسایی گرافن و مواد مبتنی بر گرافن

تعیین تعداد لایه‌های MoS2 از طریق مُد‌های ارتعاشی

همانند تمام ساختارهای لایه‌ای در MoS۲ نیز دو نوع مُد ارتعاشی وجود دارد. این مدها شامل مدهای ارتعاشی داخل لایه‌ها (intralayer) و مدهای ناشی از حرکات لایه‌های کامل (‌interlayer) هستند. از هر دو مد می‌توان برای تعیین تعداد لایه‌های MoS۲ استفاده کرد.

آنالیز مدهای اثر انگشتی (intralayer)

در حالت اول از آنالیز مدهای اثر انگشتی (intralayer) برای تعیین تعداد لایه‌ها استفاده می‌شود. مدهای intralayer به ترکیب شیمیایی یک لایه (یا لایه‌ها) و اثر انگشت آن‌ها مربوط می‌شوند. این مدها می‌توانند کمی تحت تاثیر تعداد لایه‌ها قرار بگیرند. طیف‌های رامان مولیبدن دی سولفید با تعداد لایه‌های مختلف در ناحیه اثر انگشتی در شکل ۲ نشان داده شده است. در این ناحیه دو پیک در محدوده ۳۸۳cm-1 و ۴۰۸cm-1 مشاهده می‌شود. با افزایش تعداد لایه‌ها، مد موجود در محدوده (cm) ۳۸۳ به سمت فرکانس‌های پایین‌تر و مد موجود در محدوده (cm) ۴۰۸ به سمت فرکانس‌های بالاتر جا به جا می‌شود. تعداد لایه‌ها را می‌توان با تعیین فاصله بین این دو پیک اثر انگشتی مشخص کرد.

شکل ۲: طیف‌های رامان MoS۲ در ناحیه اثر انگشتی

برای یافتن موقعیت دقیق پیک‌ها از تکنیک peak fitting استفاده می‌شود. سپس با محاسبه تفاوت بین موقعیت پیک‌ها، یک نقشه رامان ترسیم می‌شود (شکل ۳). هنگامی که تعداد لایه‌ها از چهار لایه بیشتر می‌شود، فرکانس هر دو پیک به سمت مقادیر بالک همگرا می‌شوند. این بدان معنی است که تغییر موقعیت این دو پیک کم می‌شود. بنابراین وقتی تعداد لایه‌ها بیشتر از چهار لایه باشد، تمایز بین لایه‌های با ضخامت‌های مختلف کاهش می‌یابد.

شکل ۳: نقشه رامان از MoS۲ با تعداد لایه‌های مختلف بر اساس آنالیز مدهای اثر انگشتی

آنالیز مدهای فرکانس‌ پایین (interlayer)

حالت دیگری وجود دارد که در برخی از میکروسکوپ‌های رامان از آن استفاده می‌شود. در این حالت برای تعیین تعداد لایه‌های مولیبدن دی سولفید، مدهای موجود در فرکانس‌های پایین (interlayer) آنالیز می‌شوند. مدهای interlayer به دلیل جرم زیاد لایه‌ها در فرکانس‌های بسیار پایین در محدوده زیر (cm) ۳۵ ظاهر می‌شوند و موقعیت آن‌ها به تعداد لایه‌ها بستگی دارد. در شکل ۴، طیف‌های رامان مولیبدن دی سولفید با تعداد لایه‌های مختلف را در ناحیه فرکانس پایین مشاهده می‌کنید. از آن جایی که این مدها از تعامل بین حداقل دو لایه ایجاد می‌شوند، بنابراین مناطق تک لایه را نشان نمی دهند.

مطالعه مقاله  آنالیز نقطه به نقطه مقاطع سازندهای آهن نواری به کمک طیف‌ سنجی رامان
شکل ۴: طیف‌های رامان MoS۲ در ناحیه فرکانس پایین

در این حالت آنالیز بسیار ساده است، زیرا تنها یک پیک وجود دارد و موقعیت این پیک‌ به تعداد لایه‌ها وابسته است. از آن جایی که پیک‌ها به خوبی تفکیک شده‌اند، به سادگی می‌توان با بررسی موقعیت پیک‌های تکی،‌ تعداد لایه‌ها را تعیین کرد. در شکل ۵، نقشه رامان از پیک‌های تکی مربوط به تعداد لایه‌های متفاوت ترسیم شده است.

شکل ۵: نقشه رامان از MoS۲ با تعداد لایه‌های مختلف بر اساس آنالیز مدهای فرکانس پایین

جمع‌بندی

طیف‌سنجی رامان به عنوان ابزاری سریع و غیر مخرب می‌تواند برای تعیین تعداد لایه‌های MoS۲ مورد استفاده قرار گیرد. همان طور که در این مقاله اشاره شد،‌ تکنولوژی رامان برای این کار از مدهای اثر انگشتی و مدهای فرکانس پایین استفاده می‌کند. هر دو مورد امکان تعیین تعداد لایه‌ها را فراهم می‌سازند. بنابراین میکروسکوپ رامان یک ابزار ایده‌آل برای افرادی است که با چنین ساختارهای لایه‌ایی سر و کار دارند. برای دریافت اطلاعات تکمیلی در این حوزه،‌ می‌توانید با کارشناسان شرکت تکسان در تماس باشید.

منبع

مطالب مرتبط
0
افکار شما را دوست دارم، لطفا نظر دهیدx
()
x