挑戰(zhàn)：以高分辨率、非接觸式、非破壞性和快速的方式表征大面積塊狀、薄膜和二維材料（如石墨烯）的電學(xué)性能（如電導(dǎo)、電阻或載流子遷移率）迫在眉睫。

CIC nanoGUNE是一個(gè)成立于2009年的西班牙研究中心，其使命是解決納米科學(xué)和納米技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用問(wèn)題，以促進(jìn)該領(lǐng)域高級(jí)研究人員的教育和培訓(xùn)，其中石墨烯是他們研究的重點(diǎn)材料之一。值得指出，Graphenea（https://www.graphenea。ｃｏｍ）是nanoGUNE的一家初創(chuàng)公司，致力于工業(yè)石墨烯的制造。

在使用石墨烯等材料之前，通常需要先通過(guò)各類表征技術(shù)測(cè)量出材料的各類參數(shù)從而對(duì)材料性質(zhì)與質(zhì)量做出判斷。針對(duì)大面積材料，可以利用四探針?lè)?/strong>得到被測(cè)樣品的電導(dǎo)率，操作簡(jiǎn)單且檢測(cè)快速，但必須接觸樣品，由此可能會(huì)使樣品產(chǎn)生損傷。而對(duì)于納米尺寸的材料而言，常用的拉曼光譜、AFM和TEM方法可以通過(guò)非接觸的方式得到分辨率高達(dá)納米級(jí)別的圖像，然而這需要繁雜的樣品制備步驟與較長(zhǎng)的掃描時(shí)間。

因此，對(duì)于nanoGUNE的材料研究而言，他們需要的是一個(gè)高分辨快速的系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)不同性質(zhì)的材料。另一方面，Graphenea希望能能夠在石墨烯制造過(guò)程中對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行非接觸快速檢測(cè)。兩者都在尋找一種解決方案：以高分辨率、非接觸式、非破壞性和快速的方式表征塊狀、薄膜和二維材料（如石墨烯）的電性能（如電導(dǎo)、電阻或載流子遷移率）。

Das-nano的解決方案：太赫茲ONYX系統(tǒng)

Das-nano經(jīng)多年研發(fā)的石墨烯/二維材料電學(xué)性質(zhì)非接觸快速測(cè)量系統(tǒng)-ONYX系統(tǒng)，與傳統(tǒng)四探針測(cè)量法相比，其可以無(wú)損測(cè)量樣品質(zhì)量空間分布；與拉曼，AFM，SEM相比，其能夠快速表征超大面積樣品，是 nanoGUNE 和Graphenea 的先進(jìn)解決方案。ONYX基于太赫茲頻譜技術(shù)，旨在利用太赫茲波實(shí)現(xiàn)石墨烯、薄膜和其他二維材料的全區(qū)域無(wú)損表征的系統(tǒng)，是介于宏觀和納米尺度之間的表征工具，探測(cè)面積可從0.5 mm²到更大面積(m²)，能夠以高達(dá)50 μm的空間分辨率快速表征 (12 cm²/min)大面積樣品，促進(jìn)了材料研究領(lǐng)域的工業(yè)化。

ONYX系統(tǒng)發(fā)射的太赫茲波與材料相互作用后，可收集到時(shí)域信號(hào)，隨后通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻譜信號(hào)，將此信號(hào)與參考信號(hào)的頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可得到被測(cè)樣品的光學(xué)參數(shù)，包括：

1） 電導(dǎo)率電阻率

2） 電荷載流子遷移率

3） 電荷載流子密度

4） 折射率及基底厚度。

僅需一次測(cè)量便可得到上述所有參數(shù)，無(wú)需復(fù)雜的樣品制備過(guò)程與過(guò)長(zhǎng)的掃描時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易高速的測(cè)量。

另外，ONYX測(cè)試系統(tǒng)符合 IEC TS 62607-6-10：2021 技術(shù)規(guī)范，該規(guī)范涉及使用太赫茲時(shí)域光譜法測(cè)量石墨烯基材料的片狀電阻的測(cè)量指導(dǎo)。

視頻：石墨烯/二維材料電學(xué)性質(zhì)非接觸快速測(cè)量系統(tǒng)-ONYX系統(tǒng)

應(yīng)用案例：

ONYX系統(tǒng)已助力Graphenea在高影響因子同行評(píng)審的期刊上發(fā)表了多篇科學(xué)文章，以下為合作文章概述。

1）在文章“Mapping the conductivity of graphene with Electrical Resistance Tomography” 【“用電阻斷層掃描繪制石墨烯的電導(dǎo)率”】（Cultrera等人，Scientific Reports，2019，9：10655）中，使用接觸方法（電阻層析成像（ERC）和van der Pauw測(cè)量）和非接觸式THz-TDS ONYX測(cè)量獲得了大面積石墨烯樣品的電阻測(cè)量結(jié)果。

上圖比較了使用 ERC 和ONYX（TDS）分別獲得了10×10 mm²區(qū)域的化學(xué)氣相沉積（CVD）石墨烯電導(dǎo)率圖。ONYX圖像包含100×100個(gè)像素，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于一個(gè)測(cè)量值，并允許以非破壞性和非接觸方式沿石墨烯樣品表面識(shí)別異質(zhì)性，確保測(cè)量后樣品的完整性。

2）在文章“Towards standardisation of contact and contactless electrical measurements of CVD graphene at the macro-, micro- and nano-scale”（Melios等人，Scientific Reports，2020，10：3223）中，展示了一種從納米到宏觀尺度測(cè)量石墨烯電學(xué)性質(zhì)的綜合方法。

電學(xué)表征是通過(guò)使用多種技術(shù)的組合實(shí)現(xiàn)的，包括范德堡幾何中的磁傳輸，使用ONYX系統(tǒng)的太赫茲時(shí)域光譜繪制（上面顯示了兩個(gè)電阻率圖）和校準(zhǔn)的開(kāi)爾文探針力顯微鏡。結(jié)果顯示出不同技術(shù)之間良好的一致性。

3）此外，在GRACE EMPIR/EURAMET項(xiàng)目中還發(fā)布了兩份關(guān)于石墨烯電學(xué)表征的實(shí)踐指南。這兩個(gè)指南旨在滿足在高度受控的環(huán)境條件下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化電氣測(cè)量的需求。

“Good Practice Guide on the electrical characterization of graphene using non-contact and high-throughput methods”（2020年，由A. Fabricius，A.等人編輯，ISBN：978-88-945324-2-5）。

“Good Practice Guide on the electrical characterisation of graphene using contact methods”（2020年，由A. Fabricius等人編輯，ISBN：978-88-945324-0-1）。

相關(guān)產(chǎn)品

1、石墨烯/二維材料電學(xué)性質(zhì)非接觸快速測(cè)量系統(tǒng)-ONYX