Influence of Particle Beam Irradiation on the Structure and Properties of Graphene

این پایان نامه بر روی نانوساخت گرافن – یک ماده دوبعدی تازه کشف شده با خواص خارق العاده – به منظور تحقق کاربردهای بالقوه متعدد آن تمرکز دارد. با ترکیب اجرای تجربی با مدل‌سازی نظری، سه کلاس از ساخت نانوساختار گرافن را با استفاده از تابش پرتو ذرات بررسی می‌کند: (1) دوپینگ گرافن با استفاده از تابش نیتروژن کم انرژی. (2) اتصال صفحات گرافن با لیزر و تابش پرتوهای یونی C، N و Ar. و (iii) ساخت نانو منافذ گرافن با استفاده از پرتو یون متمرکز و تابش پرتو الکترونی. امکان سنجی نانوساخت گرافن با استفاده از تابش پرتو ذرات با روش های تجربی مختلف نشان داده شده است، و مکانیسم های دخیل در انواع مختلف تابش پرتو با استفاده از محاسبات نظری آشکار می شوند. علاوه بر این، این کتاب خواص مکانیکی و الکتریکی نانوساختارهای گرافن ساخته شده را با استفاده از شبیه‌سازی‌های اتمی تجزیه و تحلیل می‌کند تا پتانسیل‌های کاربردی روش‌های پیشنهادی را پیش‌بینی کند. این یافته ها به ترویج اجرای برنامه های کاربردی ساختار گرافن در صنعت کمک می کند.

This thesis focuses on the nanomanufacturing of graphene—a newly discovered, two-dimensional material with extraordinary properties—in order to realize its numerous potential applications. Combining experimental implementation with theoretical modelling, it investigates three classes of graphene nanostructure fabrication using particle beam irradiation: (i) doping of graphene using low energy nitrogen irradiation; (ii) joining of graphene sheets with laser and C, N, and Ar ion beam irradiation; and (iii) fabrication of graphene nanopores by means of focused ion beam and electron beam irradiation. The feasibility of the nanomanufacture of graphene using particle beam irradiation is demonstrated by various experimental methods, and the mechanisms involved under different types of beam irradiation are revealed using theoretical calculations. Further, the book analyzes the mechanical and electrical properties of the fabricated graphene nanostructures by means of atomic simulations to predict the application potentials of the proposed methods. The findings help promote the implementation of graphene-structure applications in industry.