原子力显微镜法测试石墨烯厚度的数据处理方法对比

原子力显微镜可用于石墨烯厚度的测定。列举三种常用的原子力显微镜厚度数据处理方法:平均值法、最小二乘法和直方图法。从石墨烯原子力显微镜测试图像中选取216组横向截面高度数据,从原理、结果分析、优缺点等方面对三种数据处理方法进行对比和探讨。结果表明:三种数据处理方法所得厚度结果的相关性极强;平均值法和最小二乘法的厚度计算在数学上是等价的,计算过程均不受数据量影响,最小二乘法拟合的斜率可反映台阶倾斜情况;直方图法可以有效减少吸附污染物和噪声效应对厚度计算的影响,数据量过少不利于高斯拟合,且数据量越大高斯拟合越精准,在数据量较多的情况下宜采用直方图法。

石墨烯厚度与其力-距离关系的实验和模拟研究

通过原子力显微镜高度曲线确定高度分别为0.57 nm、0.90 nm和1.30 nm三个石墨烯片,随后进行多次力-距离曲线测量。结果发现:三个石墨烯片吸附力数值的平均值分别为0.30 nN、0.32 nN和0.34 nN,脱附力的平均值分别为5.33 nN、5.66 nN和7.24 nN。实验显示吸、脱附力随石墨烯厚度的增加单调递增,表明测量力-距离曲线可能成为一种判断石墨烯厚度的方法。为解释不同厚度石墨烯片力-距离曲线,构建铂基底与单、双和三层石墨烯相互作用的共格界面模型,采用第一性原理模拟方法对模型界面分离功和界面电荷转移进行计算。结果发现三个模型界面分离功分别为10.0 eV·nm^(-2)、10.4 eV·nm^(-2)和10.8 eV·nm^(-2),石墨烯片越厚界面分离功越大,计算结果与实验结果中吸附力数值变化趋势相同。