Efecto de la temperatura en multicapas de grafeno usando espectroscopia Raman y equipo de bajo costo
Luis G. Hardt1, Juliana B. Rodrigues1, Dionathan A. Campanelli1, Lizandro B. R. Zegarra2, José, W. Kaehler1, Jacson W. Menezes1, Luis E. G. Armas1
1 Universidade Federal do Pampa-Campus Alegrete, Av. Tiarajú 810- Bairro Ibirapuitã, Alegrete-RS, Brasil
2 Universidad Nacional del Santa-UNS, Av. Pacífico 508-Nuevo Chimbote, Chimbote, Perú
Recibido el 15 de noviembre del 2019. Aceptado el 3 de marzo del 2020
DOI: https://doi.org/10.33017/RevECIPeru2020.0005/
Resumen
Propiedades térmicas de materiales bidimensionales tal como monocapas o multicapas de grafeno han atraído una atención especial, debido a que son excelentes conductores térmicos y sus propiedades térmicas han atraído una atención en particular [1, 2]. En este sentido, en este trabajo se reporta el efecto de la temperatura en las bandas G (~1580 cm-1), 2D (~2700 cm-1) y 2D’ (~3244 cm-1) de los espectros Raman de multicapas de grafeno (MLG) usando espectroscopia Raman y un dispositivo de temperatura de bajo costo. Para esta finalidad las muestras de grafeno fueron depositadas sobre substratos de SiO2 usando el método de exfoliación micro mecánica, en tanto que, el dispositivo de temperatura de bajo costo fue construido usando una fuente reguladora de voltaje y corriente, una resistencia de nicrom, la cual fue colocada sobre una base aislante, acoplada a la base del microscopio Raman. La temperatura en las muestras fue aumentada, en diferentes intervalos, desde la temperatura ambiente (~25 oC) hasta 535 oC, siendo medida en tiempo real usando una cámara térmica. Resultados de este trabajo muestran, que a medida que la temperatura aumenta, la posición de las bandas G (Pos(G)), 2D (Pos (2D)) y 2D’ (Pos (2D’)) son desplazadas a menores números de onda, mostrando un comportamiento no linear. De forma semejante también fue observado un aumento de la anchura a media altura (FWHM) de las bandas G, 2D y 2D’. Estos desplazamientos son explicados en términos de la interacción electrón – fonón y fonón – fonón [3, 4]. Al mismo tiempo, con este trabajo se muestra que usando equipos de bajo costo es posible obtener mejores o iguales resultados a los obtenidos de costo elevado, y serían de grande utilidad para comprender las propiedades térmicas y los mecanismos físicos relacionados con multicapas de grafeno para aplicaciones de dispositivos térmicos que operen a temperatura ambiente.
Descriptores: grafeno, temperatura, espectroscopia Raman, propiedades anarmónicas, fonones
Abstract
Thermal properties of two-dimensional materials such as monolayers or multilayers of graphene have attracted special attention, because they are excellent thermal conductors and their thermal properties have attracted a particular attention [1, 2]. In this sense, in this work the effect of temperature on the G (~ 1580 cm-1), 2D (~ 2700 cm-1) and 2D '(~ 3244 cm-1) bands of multilayer graphene (MLG) is reported using Raman spectroscopy and a low cost temperature device. For this purpose the graphene samples were deposited on SiO2 substrates using the micro-mechanical exfoliation method, while the low-cost temperature device was constructed using a voltage and current regulator source, a microm resistance, which it was placed on an insulating base, coupled to the base of the Raman microscope. The temperature on the samples was increased, at different intervals, from room temperature (~ 25 oC) to 535 oC, being measured in real time using a thermal chamber. Results of this work show that, as the temperature increases, the position of the G (Pos (G)), 2D (Pos (2D)) and 2D '(Pos (2D')) bands are shifted to smaller wavenumbers, showing a non-linear behavior. Similarly, an increase in the full width
half maximum (FWHM) of the G, 2D and 2D’ bands was also observed. These displacements are explained in terms of the electron - phonon and phonon - phonon interactions [3, 4]. At the same time, this work shows that using low-cost equipment it is possible to obtain better or equal results than those obtained at high cost, and would be of great utility to understand the thermal properties and physical mechanisms related to graphene multilayers for applications as thermal devices operating at room temperature.
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