अल्ट्रापारदर्शी र स्ट्रेचेबल ग्राफिन इलेक्ट्रोड

दुई-आयामी सामग्रीहरू, जस्तै ग्राफिन, दुबै परम्परागत अर्धचालक अनुप्रयोगहरू र लचिलो इलेक्ट्रोनिक्समा नवजात अनुप्रयोगहरूको लागि आकर्षक छन्। यद्यपि, ग्राफिनको उच्च तन्य शक्तिले कम तनावमा फ्र्याक्चरको परिणाम दिन्छ, यसले स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोनिक्समा यसको असाधारण इलेक्ट्रोनिक गुणहरूको फाइदा लिन चुनौतीपूर्ण बनाउँछ। पारदर्शी ग्राफिन कन्डक्टरहरूको उत्कृष्ट तनाव-निर्भर कार्यसम्पादन सक्षम गर्न, हामीले स्ट्याक्ड ग्राफिन तहहरू बीचमा ग्राफिन न्यानोस्क्रोलहरू सिर्जना गर्यौं, जसलाई मल्टिलेयर ग्राफिन/ग्राफीन स्क्रोलहरू (MGGs) भनिन्छ। तनाव अन्तर्गत, केही स्क्रोलहरूले उच्च तनावहरूमा उत्कृष्ट चालकता सक्षम पारेको एक पारकोलेटिंग नेटवर्क कायम गर्न ग्राफिनको टुक्रा टुक्रा डोमेनहरू ब्रिज गरे। इलास्टोमरहरूमा समर्थित ट्राइलेयर एमजीजीहरूले 100% स्ट्रेनमा तिनीहरूको मूल चालकताको 65% कायम राख्यो, जुन वर्तमान प्रवाहको दिशामा लम्ब हुन्छ, जबकि नानोस्क्रोलहरू बिना ग्राफिनको ट्राइलेयर फिल्महरूले तिनीहरूको सुरुआवाहकताको 25% मात्र कायम राख्यो। MGGs को इलेक्ट्रोडको रूपमा प्रयोग गरी निर्मित एक स्ट्रेचेबल अल-कार्बन ट्रान्जिस्टरले > 90% को प्रसारण प्रदर्शन गर्‍यो र यसको मूल वर्तमान उत्पादनको 60% 120% स्ट्रेनमा राख्यो (चार्ज यातायातको दिशामा समानान्तर)। यी अत्यधिक स्ट्रेचेबल र पारदर्शी सबै कार्बन ट्रान्जिस्टरहरूले परिष्कृत स्ट्रेचेबल ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्स सक्षम गर्न सक्छन्।
स्ट्रेचेबल पारदर्शी इलेक्ट्रोनिक्स एक बढ्दो क्षेत्र हो जसमा उन्नत बायोइन्टेग्रेटेड प्रणालीहरू (1, 2) मा महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोगहरू छन् साथै परिष्कृत सफ्ट रोबोटिक्स र प्रदर्शनहरू उत्पादन गर्न स्ट्रेचेबल ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्स (3, 4) सँग एकीकृत गर्ने क्षमता छ। ग्राफिनले परमाणु मोटाई, उच्च पारदर्शिता, र उच्च चालकताको उच्च वांछनीय गुणहरू प्रदर्शन गर्दछ, तर विस्तारयोग्य अनुप्रयोगहरूमा यसको कार्यान्वयनलाई सानो स्ट्रेनहरूमा क्र्याक गर्ने प्रवृत्तिले रोकेको छ। ग्राफिनको मेकानिकल सीमितताहरू पार गर्दै स्ट्रेचयोग्य पारदर्शी उपकरणहरूमा नयाँ कार्यक्षमता सक्षम गर्न सक्छ।
ग्राफिनको अद्वितीय गुणहरूले यसलाई पारदर्शी प्रवाहकीय इलेक्ट्रोडको अर्को पुस्ताको लागि बलियो उम्मेद्वार बनाउँदछ (5, 6)। सबैभन्दा सामान्य रूपमा प्रयोग हुने पारदर्शी कन्डक्टरको तुलनामा, इन्डियम टिन अक्साइड [ITO; 90% पारदर्शितामा 100 ohms/वर्ग (वर्ग)], रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD) द्वारा उब्जाइएको मोनोलेयर ग्राफिनमा पाना प्रतिरोध (125 ohms/sq) र पारदर्शिता (97.4%) (5) को समान संयोजन छ। थप रूपमा, ग्राफिन फिल्महरूमा ITO (7) को तुलनामा असाधारण लचिलोपन छ। उदाहरण को लागी, एक प्लास्टिक को सब्सट्रेट मा, यसको चालकता 0.8 मिमी (8) को रूपमा सानो वक्रता को एक झुकाव त्रिज्या को लागी पनि कायम गर्न सकिन्छ। पारदर्शी लचिलो कन्डक्टरको रूपमा यसको विद्युतीय कार्यसम्पादनलाई अझ बढाउनको लागि, अघिल्लो कार्यहरूले एक-आयामी (1D) चाँदीको न्यानोवायर वा कार्बन नानोट्यूब (CNTs) (9-11) सँग ग्राफिन हाइब्रिड सामग्रीहरू विकास गरेका छन्। यसबाहेक, मिश्रित आयामी हेटेरोस्ट्रक्चरल सेमीकन्डक्टरहरू (जस्तै 2D बल्क Si, 1D nanowires/nanotubes, र 0D क्वान्टम डटहरू) (12), लचिलो ट्रान्जिस्टरहरू, सौर्य कक्षहरू, र प्रकाश-उत्सर्जक डायोडहरू (LEDs) (13) को लागि ग्रेफिन इलेक्ट्रोडको रूपमा प्रयोग गरिएको छ। -२३)।
यद्यपि ग्राफिनले लचिलो इलेक्ट्रोनिक्सका लागि आशाजनक परिणामहरू देखाएको छ, स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोनिक्समा यसको प्रयोग यसको मेकानिकल गुणहरू द्वारा सीमित गरिएको छ (17, 24, 25); ग्राफिनको इन-प्लेन कठोरता 340 N/m र यंगको मोड्युलस 0.5 TPa (26) छ। बलियो कार्बन-कार्बन नेटवर्कले लागू गरिएको तनावको लागि कुनै पनि ऊर्जा अपव्यय संयन्त्र प्रदान गर्दैन र त्यसैले 5% भन्दा कम तनावमा सजिलै दरार हुन्छ। उदाहरण को लागी, एक polydimethylsiloxane (PDMS) लोचदार सब्सट्रेट मा स्थानान्तरण CVD graphene केवल 6% तनाव (8) भन्दा कम मा यसको चालकता कायम राख्न सक्छ। सैद्धान्तिक गणनाहरूले देखाउँछ कि विभिन्न तहहरू बीचको क्रम्पलिंग र अन्तरक्रियाले कठोरतालाई कडा रूपमा घटाउनुपर्छ (26)। ग्रेफिनलाई धेरै तहहरूमा स्ट्याक गरेर, यो रिपोर्ट गरिएको छ कि यो द्वि-वा ट्राइलेयर ग्राफिन 30% तनावमा स्ट्रेच योग्य छ, मोनोलेयर ग्राफिन (27) भन्दा 13 गुणा सानो प्रतिरोध परिवर्तन प्रदर्शन गर्दछ। यद्यपि, यो स्ट्रेचेबिलिटी अझै पनि अत्याधुनिक स्ट्रेचेबल सी ओन्डक्टरहरू (28, 29) भन्दा कम छ।
ट्रान्जिस्टरहरू स्ट्रेच योग्य अनुप्रयोगहरूमा महत्त्वपूर्ण छन् किनभने तिनीहरूले परिष्कृत सेन्सर रिडआउट र सिग्नल विश्लेषण सक्षम गर्दछ (30, 31)। स्रोत/नाली इलेक्ट्रोड र च्यानल सामग्रीको रूपमा मल्टिलेयर ग्राफिनको साथ PDMS मा ट्रान्जिस्टरहरूले 5% स्ट्रेन (32) सम्म विद्युतीय कार्य कायम गर्न सक्छन्, जुन पहिरनयोग्य स्वास्थ्य-निगरानी सेन्सरहरू र इलेक्ट्रोनिक छालाको लागि न्यूनतम आवश्यक मान (~ 50%) भन्दा कम छ। ३३, ३४)। हालसालै, एक ग्राफिन किरिगामी दृष्टिकोण अन्वेषण गरिएको छ, र तरल इलेक्ट्रोलाइट द्वारा गेट गरिएको ट्रान्जिस्टरलाई 240% (35) सम्म फैलाउन सकिन्छ। यद्यपि, यो विधिलाई निलम्बित ग्राफिन चाहिन्छ, जसले निर्माण प्रक्रियालाई जटिल बनाउँछ।
यहाँ, हामीले ग्राफिन तहहरू बीचमा ग्राफिन स्क्रोलहरू (~ 1 देखि 20 μm लामो, ~ 0.1 देखि 1 μm चौडाई, र ~ 10 देखि 100 nm उच्च) इन्टरकेलेटिंग गरेर उच्च स्ट्रेचेबल ग्राफिन उपकरणहरू प्राप्त गर्छौं। हामी परिकल्पना गर्छौं कि यी ग्राफिन स्क्रोलहरूले ग्राफिन पानाहरूमा क्र्याकहरू पुल गर्न प्रवाहकीय मार्गहरू प्रदान गर्न सक्छ, यसरी तनाव अन्तर्गत उच्च चालकता कायम राख्छ। ग्राफिन स्क्रोलहरूलाई थप संश्लेषण वा प्रक्रिया आवश्यक पर्दैन; तिनीहरू प्राकृतिक रूपमा गीला स्थानान्तरण प्रक्रियाको समयमा बनाइन्छ। मल्टिलेयर G/G (graphene/graphene) स्क्रोलहरू (MGGs) graphene stretchable electrodes (source/drain and gate) र अर्धचालक CNTs को प्रयोग गरेर, हामीले उच्च पारदर्शी र अत्यधिक स्ट्रेच गर्न मिल्ने सबै कार्बन ट्रान्जिस्टरहरू प्रदर्शन गर्न सक्षम भयौं, जसलाई 120 सम्म फैलाउन सकिन्छ। % स्ट्रेन (चार्ज यातायातको दिशाको समानान्तर) र तिनीहरूको मौलिक वर्तमान उत्पादनको 60 % कायम राख्नुहोस्। यो अहिलेसम्मको सबैभन्दा स्ट्रेचेबल पारदर्शी कार्बन-आधारित ट्रान्जिस्टर हो, र यसले अकार्बनिक एलईडी ड्राइभ गर्न पर्याप्त करेन्ट प्रदान गर्दछ।
ठूलो-क्षेत्र पारदर्शी स्ट्रेचेबल ग्राफिन इलेक्ट्रोड सक्षम गर्न, हामीले Cu पन्नीमा CVD-उत्पन्न ग्राफिन रोज्यौं। Cu Foil लाई CVD क्वार्ट्ज ट्यूबको बीचमा निलम्बन गरिएको थियो जसले G/Cu/G संरचनाहरू बनाउँदै, दुबै छेउमा ग्राफिनको वृद्धिलाई अनुमति दिन्छ। ग्राफिन स्थानान्तरण गर्न, हामीले ग्रेफिनको एक छेउलाई सुरक्षित गर्न पहिले पोली (मिथाइल मेथाक्रिलेट) (PMMA) को पातलो तहलाई स्पिन-कोटेड गर्‍यौं, जसलाई हामीले टपसाइड ग्राफिन (ग्रेफिनको अर्को छेउको लागि उल्टो) नाम दियौं, र पछि, पूरै फिल्म (PMMA/शीर्ष ग्राफिन/Cu/तल्लो ग्राफिन) Cu पन्नीलाई नक्काशी गर्न (NH4) 2S2O8 समाधानमा भिजाइएको थियो। PMMA कोटिंग बिनाको तल्लो-साइड ग्राफिनमा अपरिहार्य रूपमा दरार र दोषहरू हुनेछन् जसले एचेन्टलाई प्रवेश गर्न अनुमति दिन्छ (36, 37)। चित्र 1A मा चित्रण गरिए अनुसार, सतह तनावको प्रभाव अन्तर्गत, जारी गरिएको ग्राफिन डोमेनहरू स्क्रोलहरूमा घुमाइयो र पछि बाँकी शीर्ष-G/PMMA फिल्ममा जोडियो। शीर्ष-G/G स्क्रोलहरू SiO2/Si, गिलास, वा नरम पोलिमर जस्ता कुनै पनि सब्सट्रेटमा स्थानान्तरण गर्न सकिन्छ। यस स्थानान्तरण प्रक्रियालाई एउटै सब्सट्रेटमा धेरै पटक दोहोर्याउँदा MGG संरचनाहरू प्राप्त हुन्छन्।
(A) स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोडको रूपमा MGGs को लागि निर्माण प्रक्रियाको योजनाबद्ध चित्रण। ग्राफिन स्थानान्तरणको क्रममा, Cu Foil मा ब्याकसाइड graphene सीमाना र दोषहरूमा भाँचिएको थियो, मनमानी आकारहरूमा लुकाइएको थियो, र न्यानोस्क्रोलहरू बनाउँदै माथिल्लो फिल्महरूमा कडा रूपमा जोडिएको थियो। चौथो कार्टुनले स्ट्याक गरिएको MGG संरचना चित्रण गर्दछ। (B र C) monolayer MGG को उच्च-रिजोल्युसन TEM विशेषताहरू, क्रमशः monolayer graphene (B) र स्क्रोल (C) क्षेत्रमा फोकस गर्दै। (B) को इनसेट TEM ग्रिडमा monolayer MGGs को समग्र आकारविज्ञान देखाउने कम-आवर्धक छवि हो। (C) को इनसेटहरू छविमा संकेत गरिएको आयताकार बक्सहरूसँगै लिइएका तीव्रता प्रोफाइलहरू हुन्, जहाँ परमाणु विमानहरू बीचको दूरी ०.३४ र ०.४१ एनएम हुन्छ। (D) कार्बन K-एज EEL स्पेक्ट्रम विशेषता ग्राफिटिक π* र σ* शिखरहरू लेबल गरिएको। (E) मोनोलेयर G/G स्क्रोलहरूको सेक्शनल AFM छवि पहेंलो डटेड रेखाको साथ उचाइ प्रोफाइलको साथ। (F देखि I) अप्टिकल माइक्रोस्कोपी र AFM छविहरू ट्राइलेयर G को बिना (F र H) र स्क्रोलहरू (G र I) 300-nm-बाक्लो SiO2/Si सब्सट्रेटहरूमा क्रमशः। प्रतिनिधि स्क्रोल र झुर्रियाँ तिनीहरूको भिन्नता हाइलाइट गर्न लेबल गरिएको थियो।
स्क्रोलहरू प्रकृतिमा रोल गरिएको ग्राफिन हुन् भनेर प्रमाणित गर्न, हामीले मोनोलेयर शीर्ष-G/G स्क्रोल संरचनाहरूमा उच्च-रिजोल्युसन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (TEM) र इलेक्ट्रोन ऊर्जा क्षति (EEL) स्पेक्ट्रोस्कोपी अध्ययनहरू सञ्चालन गर्यौं। चित्र 1B ले मोनोलेयर ग्राफिनको हेक्सागोनल संरचना देखाउँछ, र इनसेट TEM ग्रिडको एकल कार्बन प्वालमा ढाकिएको फिल्मको समग्र आकारविज्ञान हो। मोनोलेयर ग्राफिनले धेरैजसो ग्रिडलाई फैलाउँछ, र हेक्सागोनल रिङ्गहरूको बहु स्ट्याकहरूको उपस्थितिमा केही ग्राफिन फ्लेक्सहरू देखा पर्दछन् (चित्र 1B)। व्यक्तिगत स्क्रोल (चित्र 1C) मा जुम गरेर, हामीले 0.34 देखि 0.41 एनएमको दायरामा जाली स्पेसिङको साथ, ग्राफिन जाली फ्रिङ्गहरूको ठूलो मात्रा अवलोकन गर्यौं। यी मापनहरूले सुझाव दिन्छ कि फ्लेक्सहरू अनियमित रूपमा घुमाइएको छ र पूर्ण ग्रेफाइट होइन, जसको "ABAB" लेयर स्ट्याकिङमा 0.34 nm को जाली स्पेसिङ छ। चित्र 1D ले कार्बन K-एज EEL स्पेक्ट्रम देखाउँछ, जहाँ 285 eV मा शिखर π* अर्बिटलबाट उत्पन्न हुन्छ र अर्को 290 eV वरपर σ* कक्षको संक्रमणको कारण हो। यो देख्न सकिन्छ कि यस संरचनामा sp2 बन्धन हावी छ, स्क्रोलहरू उच्च ग्राफिक छन् भनेर प्रमाणित गर्दै।
अप्टिकल माइक्रोस्कोपी र एटोमिक फोर्स माइक्रोस्कोपी (AFM) छविहरूले MGGs (चित्र 1, E देखि G, र figs। S1 र S2) मा graphene nanoscrolls को वितरणमा अन्तरदृष्टि प्रदान गर्दछ। स्क्रोलहरू अनियमित रूपमा सतहमा वितरित हुन्छन्, र तिनीहरूको इन-प्लेन घनत्व स्ट्याक्ड तहहरूको संख्याको अनुपातमा बढ्छ। धेरै स्क्रोलहरू गाँठहरूमा टाँसिएका हुन्छन् र 10 देखि 100 एनएमको दायरामा गैर-एकसमान उचाइहरू प्रदर्शन गर्छन्। तिनीहरू 1 देखि 20 μm लामो र 0.1 देखि 1 μm चौडा हुन्छन्, तिनीहरूको प्रारम्भिक ग्राफिन फ्लेक्सको आकारमा निर्भर गर्दछ। चित्र 1 (H र I) मा देखाइए अनुसार, स्क्रोलहरूमा झिम्काहरू भन्दा धेरै ठूला आकारहरू हुन्छन्, जसले ग्राफिन तहहरू बीचमा धेरै नराम्रो इन्टरफेस बनाउँछ।
विद्युतीय गुणहरू मापन गर्न, हामीले फोटोलिथोग्राफी प्रयोग गरेर 300-μm-चौडा र 2000-μm-लामो स्ट्रिपहरूमा स्क्रोल संरचनाहरू र तह स्ट्याकिङको साथ वा बिना ग्राफिन फिल्महरू ढाँचाबद्ध गर्यौं। तनावको प्रकार्यको रूपमा दुई-प्रोब प्रतिरोधहरू परिवेश परिस्थितिहरूमा मापन गरियो। स्क्रोलहरूको उपस्थितिले मोनोलेयर ग्राफिनको प्रतिरोधात्मकतालाई ८०% ले घटाएको छ जसमा ट्रान्समिट्यान्समा २.२% कमी आएको छ (fig. S4)। यसले पुष्टि गर्छ कि 5 × 107 A/cm2 (38, 39 ) सम्मको उच्च वर्तमान घनत्व भएका नानोस्क्रोलहरूले MGGs मा धेरै सकारात्मक विद्युतीय योगदान दिन्छ। सबै मोनो-, बाई-, र ट्राइलेयर प्लेन ग्राफिन र MGG हरू मध्ये, ट्राइलेयर MGG लगभग 90% को पारदर्शिताको साथ उत्कृष्ट चालकता छ। साहित्यमा रिपोर्ट गरिएको ग्राफिनका अन्य स्रोतहरूसँग तुलना गर्न, हामीले फोर-प्रोब पाना प्रतिरोधहरू (fig. S5) मापन गर्यौं र तिनीहरूलाई चित्र 2A मा 550 nm (fig. S6) मा ट्रान्समिटेन्सको कार्यको रूपमा सूचीबद्ध गर्यौं। MGG ले कृत्रिम रूपमा स्ट्याक गरिएको मल्टिला यर प्लेन ग्राफिन र कम गरिएको ग्राफिन अक्साइड (RGO) (6, 8, 18) भन्दा तुलनात्मक वा उच्च चालकता र पारदर्शिता देखाउँछ। नोट गर्नुहोस् कि साहित्यबाट कृत्रिम रूपमा स्ट्याक गरिएको मल्टिलेयर प्लेन ग्राफिनको पाना प्रतिरोधहरू हाम्रो MGG भन्दा अलि बढी छन्, सम्भवतः तिनीहरूको अप्टिमाइज्ड वृद्धि अवस्था र स्थानान्तरण विधिको कारणले।
(A) विभिन्न प्रकारका ग्राफिनका लागि 550 nm मा ट्रान्समिटेन्स बनाम चार-प्रोब पाना प्रतिरोधहरू, जहाँ कालो वर्गहरूले मोनो-, bi-, र trilayer MGGs लाई जनाउँछ; रातो सर्कल र नीलो त्रिकोणहरू Li et al को अध्ययनबाट Cu र Ni मा उब्जाइएको बहु-तह सादा ग्राफिनसँग मेल खान्छ। (6) र किम एट अल। (8), क्रमशः, र पछि SiO2/Si वा क्वार्ट्जमा हस्तान्तरण गरियो; र हरियो त्रिकोणहरू Bonaccorso et al को अध्ययनबाट विभिन्न घटाउने डिग्रीहरूमा RGO का लागि मानहरू हुन्। (१८)। (B र C) मोनो-, bi- र trilayer MGGs र G को सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन वर्तमान प्रवाहको दिशामा लम्ब (B) र समानान्तर (C) स्ट्रेनको कार्यको रूपमा। (D) चक्रीय तनाव अन्तर्गत 50% लम्बवत तनावमा बाईलेयर G (रातो) र MGG (कालो) को सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन। (E) 90% समानान्तर स्ट्रेन सम्म चक्रीय स्ट्रेन लोडिङ अन्तर्गत ट्राइलेयर G (रातो) र MGG (कालो) को सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन। (F) मोनो-, bi- र trilayer G र bi- र trilayer MGGs को स्ट्रेनको कार्यको रूपमा सामान्यीकृत क्यापेसिटन्स परिवर्तन। इनसेट क्यापेसिटर संरचना हो, जहाँ पोलिमर सब्सट्रेट SEBS हो र पोलिमर डाइलेक्ट्रिक तह 2-μm-बाक्लो SEBS हो।
MGG को तनाव-निर्भर कार्यसम्पादनको मूल्याङ्कन गर्न, हामीले ग्रेफिनलाई थर्मोप्लास्टिक इलास्टोमर स्टाइरेन-इथिलीन-बुटाडियन-स्टाइरेन (SEBS) सब्सट्रेटहरूमा स्थानान्तरण गर्यौं (~ 2 सेमी चौडा र ~ 5 सेमी लामो), र चालकता मापन गरिएको थियो किनकि सब्सट्रेट फैलिएको थियो। (सामग्री र विधिहरू हेर्नुहोस्) दुबै लम्बवत र वर्तमान प्रवाहको दिशामा समानान्तर (चित्र 2, B र C)। तनाव-निर्भर बिजुली व्यवहार नानोस्क्रोलको समावेश र ग्राफीन तहहरूको बढ्दो संख्याको साथ सुधार भयो। उदाहरण को लागी, जब तनाव वर्तमान प्रवाह को लागी सीधा छ, monolayer graphene को लागी, स्क्रोल थप्दा बिजुली ब्रेकेज मा 5 देखि 70% सम्म तनाव बढ्यो। मोनोलेयर ग्राफिनको तुलनामा ट्राइलेयर ग्राफिनको तनाव सहिष्णुता पनि उल्लेखनीय रूपमा सुधारिएको छ। न्यानोस्क्रोलको साथ, 100% लम्बवत तनावमा, ट्राइलेयर MGG संरचनाको प्रतिरोध केवल 50% ले बढ्यो, स्क्रोलहरू बिना ट्राइलेयर ग्राफिनको लागि 300% को तुलनामा। चक्रीय तनाव लोडिङ अन्तर्गत प्रतिरोध परिवर्तन अनुसन्धान गरिएको थियो। तुलनाको लागि (चित्र 2D), सादा बाईलेयर ग्राफिन फिल्मको प्रतिरोध 7.5 गुणा ~700 चक्र पछि 50% लम्बवत तनावमा बढ्यो र प्रत्येक चक्रमा तनाव संग बढ्दै गयो। अर्कोतर्फ, एक bilayer MGG को प्रतिरोध ~ 700 चक्र पछि मात्र 2.5 पटक बढ्यो। समानान्तर दिशामा 90% सम्म स्ट्रेन लागू गर्दा, ट्राइलेयर ग्राफिनको प्रतिरोध 1000 चक्र पछि ~ 100 गुणा बढ्यो, जबकि यो ट्राइलेयर MGG (चित्र 2E) मा ~8 पटक मात्र हुन्छ। साइकल चलाउने नतिजा चित्रमा देखाइएको छ। S7। समानान्तर स्ट्रेन दिशाको साथ प्रतिरोधमा अपेक्षाकृत छिटो वृद्धि हो किनभने दरारहरूको अभिमुखीकरण वर्तमान प्रवाहको दिशामा लम्ब हुन्छ। लोडिङ र अनलोडिङ स्ट्रेनको समयमा प्रतिरोधको विचलन एसईबीएस इलास्टोमर सब्सट्रेटको भिस्कोइलास्टिक रिकभरीको कारण हो। साइकल चलाउने क्रममा MGG स्ट्रिप्सको अधिक स्थिर प्रतिरोध ठूला स्क्रोलहरूको उपस्थितिको कारण हो जसले ग्राफिनको क्र्याक भागहरू (एएफएम द्वारा अवलोकन गरिएको रूपमा) पुल गर्न सक्छ, एक पर्कोलेटिंग मार्ग कायम राख्न मद्दत गर्दछ। इलास्टोमर सब्सट्रेट्स (40, 41) मा क्र्याक धातु वा अर्धचालक फिल्महरूको लागि पर्कोलेटिंग मार्गद्वारा चालकता कायम गर्ने यो घटना पहिले रिपोर्ट गरिएको छ।
स्ट्रेचेबल उपकरणहरूमा गेट इलेक्ट्रोडको रूपमा यी ग्राफिन-आधारित फिल्महरू मूल्याङ्कन गर्न, हामीले ग्राफिन तहलाई SEBS डाइइलेक्ट्रिक लेयर (2 μm बाक्लो) ले ढाक्यौं र स्ट्रेनको प्रकार्यको रूपमा डाइलेक्ट्रिक क्यापेसिटन्स परिवर्तनलाई निगरानी गर्यौं (चित्र 2F र पूरक सामग्रीहरू हेर्नुहोस्। विवरण)। हामीले देख्यौं कि सादा मोनोलेयर र बाइलेयर ग्राफिन इलेक्ट्रोडको साथ क्यापेसिटन्सहरू ग्राफिनको इन-प्लेन चालकताको हानिको कारणले तुरुन्तै घट्यो। यसको विपरित, MGGs द्वारा गेट गरिएको क्यापेसिटन्स र प्लेन ट्राइलेयर ग्राफिनले स्ट्रेनको साथ क्यापेसिटन्सको बृद्धि देखायो, जुन स्ट्रेनको साथ डाइलेक्ट्रिक मोटाईमा कमीको कारणले अपेक्षित छ। क्यापेसिटन्समा अपेक्षित वृद्धि MGG संरचना (fig. S8) सँग धेरै राम्रोसँग मेल खायो। यसले सङ्केत गर्छ कि MGG स्ट्रेचेबल ट्रान्जिस्टरहरूको लागि गेट इलेक्ट्रोडको रूपमा उपयुक्त छ।
विद्युतीय चालकताको तनाव सहिष्णुतामा 1D ग्राफिन स्क्रोलको भूमिकाको थप अनुसन्धान गर्न र ग्राफिन तहहरू बीचको विभाजनलाई राम्रोसँग नियन्त्रण गर्न, हामीले ग्राफिन स्क्रोलहरू प्रतिस्थापन गर्न स्प्रे-लेपित CNTs प्रयोग गर्यौं (पूरक सामग्री हेर्नुहोस्)। MGG संरचनाहरू नक्कल गर्न, हामीले CNTs को तीन घनत्वहरू जम्मा गर्यौं (अर्थात, CNT1
(A to C) CNTs को तीन भिन्न घनत्वहरूको AFM छविहरू (CNT1
स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोनिक्सका लागि इलेक्ट्रोडको रूपमा तिनीहरूको क्षमतालाई अझ बुझ्नको लागि, हामीले तनाव अन्तर्गत MGG र G-CNT-G को मोर्फोलोजीहरू व्यवस्थित रूपमा अनुसन्धान गर्यौं। अप्टिकल माइक्रोस्कोपी र स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) प्रभावकारी क्यारेक्टराइजेशन विधिहरू होइनन् किनभने दुबै रङ कन्ट्रास्टको अभाव हुन्छ र SEM इलेक्ट्रोन स्क्यानिङको क्रममा छवि कलाकृतिहरूको अधीनमा हुन्छ जब ग्राफिन पोलिमर सब्सट्रेटहरूमा हुन्छ (figs. S9 र S10)। तनाव अन्तर्गत ग्राफिन सतहको स्थितिमा अवलोकन गर्न, हामीले धेरै पातलो (~ ०.१ मिमी बाक्लो) र लोचदार SEBS सब्सट्रेटहरूमा स्थानान्तरण गरेपछि ट्राइलेयर MGGs र सादा ग्राफिनमा AFM मापनहरू संकलन गर्यौं। CVD graphene मा भित्री दोष र स्थानान्तरण प्रक्रिया को समयमा बाह्य क्षति को कारण, दरारहरु अपरिहार्य रूपमा तनावपूर्ण graphene मा उत्पन्न हुन्छ, र बढ्दो तनाव संग, दरारहरु सघन भयो (चित्र 4, A देखि D)। कार्बन-आधारित इलेक्ट्रोडहरूको स्ट्याकिंग संरचनामा निर्भर गर्दै, दरारहरूले विभिन्न आकारहरू प्रदर्शन गर्दछ (fig. S11) (27)। मल्टिलेयर ग्राफिनको क्र्याक एरिया डेन्सिटी (क्र्याक एरिया/विश्लेषण गरिएको क्षेत्र भनिन्छ) स्ट्रेन पछि मोनोलेयर ग्राफिनको भन्दा कम हुन्छ, जुन MGG हरूको विद्युतीय चालकतामा भएको वृद्धिसँग मेल खान्छ। अर्कोतर्फ, स्क्रोलहरू प्रायः क्र्याकहरू पुल गर्नको लागि अवलोकन गरिन्छ, तनावपूर्ण फिल्ममा अतिरिक्त प्रवाहकीय मार्गहरू प्रदान गर्दछ। उदाहरणका लागि, चित्र 4B को छविमा लेबल गरिएझैं, एउटा फराकिलो स्क्रोल ट्राइलेयर MGG मा क्र्याक पार भयो, तर सादा ग्राफिन (चित्र 4, E देखि H) मा कुनै स्क्रोल देखिएन। त्यसैगरी, CNT ले पनि ग्राफिन (fig. S11) मा दरारहरू पुल गर्यो। क्र्याक क्षेत्र घनत्व, स्क्रोल क्षेत्र घनत्व, र फिल्महरूको नरमपन चित्र 4K मा संक्षेप गरिएको छ।
(A बाट H) 0, 20, 60, र 100 मा धेरै पातलो SEBS (~ 0.1 मिमी बाक्लो) इलास्टोमरमा ट्राइलेयर G/G स्क्रोलहरू (A to D) र trilayer G संरचनाहरू (E to H) को स्थितिमा AFM छविहरू % तनाव। प्रतिनिधि क्र्याक र स्क्रोलहरू तीरहरूसँग औंल्याइएका छन्। सबै AFM तस्बिरहरू 15 μm × 15 μm को क्षेत्रमा छन्, लेबल गरिएको समान रङ स्केल बार प्रयोग गरी। (I) SEBS सब्सट्रेटमा पैटर्न गरिएको मोनोलेयर ग्राफिन इलेक्ट्रोडको सिमुलेशन ज्यामिति। (J) मोनोलेयर ग्राफिन र SEBS सब्सट्रेटमा 20% बाह्य तनावमा अधिकतम प्रिन्सिपल लॉगरिदमिक स्ट्रेनको सिमुलेशन कन्टूर नक्शा। (K) विभिन्न ग्राफिन संरचनाहरूको लागि क्र्याक क्षेत्र घनत्व (रातो स्तम्भ), स्क्रोल क्षेत्र घनत्व (पहेंलो स्तम्भ), र सतहको नरमपन (नीलो स्तम्भ) को तुलना।
जब MGG फिलिमहरू तन्किन्छन्, त्यहाँ एउटा महत्त्वपूर्ण अतिरिक्त संयन्त्र छ जुन स्क्रोलहरूले ग्रेफिनको क्र्याक क्षेत्रहरू पुल गर्न सक्छ, एक पर्कोलेटिंग नेटवर्क कायम राख्छ। ग्राफिन स्क्रोलहरू आशाजनक छन् किनभने तिनीहरू लम्बाइमा दसौं माइक्रोमिटर हुन सक्छन् र त्यसैले सामान्यतया माइक्रोमिटर स्केलमा दरारहरू पुल गर्न सक्षम छन्। यसबाहेक, किनकि स्क्रोलहरूमा ग्राफिनको बहु-तहहरू हुन्छन्, तिनीहरूसँग कम प्रतिरोध हुने अपेक्षा गरिन्छ। तुलनात्मक रूपमा, तुलनात्मक रूपमा सघन (तल्लो ट्रान्समिटेन्स) CNT नेटवर्कहरूलाई तुलनात्मक प्रवाहकीय ब्रिजिङ क्षमता प्रदान गर्न आवश्यक छ, किनकि CNT हरू साना हुन्छन् (सामान्यतया केही माइक्रोमिटर लम्बाइ) र स्क्रोलहरू भन्दा कम प्रवाहकीय हुन्छन्। अर्कोतर्फ, चित्रमा देखाइएको रूपमा। S12, जबकि ग्रेफिन स्ट्रेचिंगको क्रममा स्ट्रेच गर्नको लागि क्र्याक हुन्छ, स्क्रोलहरू क्र्याक गर्दैनन्, जसले पछिल्ले अन्तर्निहित ग्राफिनमा स्लाइड गरिरहेको संकेत गर्दछ। तिनीहरू क्र्याक नहुनुको कारण ग्रेफिनका धेरै तहहरू (~1 देखि 2 0 μm लामो, ~ 0.1 देखि 1 μm चौडाइ, र ~ 10 देखि 100 nm उच्च) ले बनेको रोल-अप संरचनाको कारणले हुन सक्छ। एकल-तह ग्राफिन भन्दा उच्च प्रभावकारी मोड्युलस। ग्रीन र हर्सम (४२) द्वारा रिपोर्ट गरिए अनुसार, धातु सीएनटी नेटवर्कहरू (1.0 एनएमको ट्यूब व्यास) ले सीएनटीहरू बीच ठूलो जंक्शन प्रतिरोधको बाबजुद कम पाना प्रतिरोधहरू <100 ओम/वर्ग प्राप्त गर्न सक्छ। हाम्रो ग्राफिन स्क्रोलको ०.१ देखि १ μm चौडाइ छ र G/G स्क्रोलहरूमा CNTs भन्दा धेरै ठूला सम्पर्क क्षेत्रहरू छन् भन्ने कुरालाई ध्यानमा राख्दै, ग्राफिन र ग्राफिन स्क्रोलहरू बीचको सम्पर्क प्रतिरोध र सम्पर्क क्षेत्रले उच्च चालकता कायम राख्न कारकहरू सीमित गर्नु हुँदैन।
ग्राफिनमा SEBS सब्सट्रेट भन्दा धेरै उच्च मोडुलस छ। यद्यपि ग्राफिन इलेक्ट्रोडको प्रभावकारी मोटाई सब्सट्रेटको तुलनामा धेरै कम छ, ग्राफिनको कठोरता यसको मोटाई सब्सट्रेट (43, 44) को तुलनामा तुलनात्मक हुन्छ, परिणामस्वरूप मध्यम कठोर-द्वीप प्रभाव हुन्छ। हामीले SEBS सब्सट्रेटमा १-nm-बाक्लो ग्राफिनको विरूपण अनुकरण गर्यौं (विवरणका लागि पूरक सामग्री हेर्नुहोस्)। सिमुलेशन नतिजाहरूका अनुसार, जब 20% स्ट्रेन SEBS सब्सट्रेटमा बाहिरी रूपमा लागू गरिन्छ, graphene मा औसत तनाव ~ 6.6% (चित्र 4J र fig. S13D) हुन्छ, जुन प्रयोगात्मक अवलोकनहरूसँग मिल्दोजुल्दो छ (हेर्नुहोस् चित्र। S13)। । हामीले अप्टिकल माइक्रोस्कोपी प्रयोग गरेर ढाँचाको ग्राफिन र सब्सट्रेट क्षेत्रहरूमा तनावलाई तुलना गर्यौं र सब्सट्रेट क्षेत्रमा तनाव ग्राफिन क्षेत्रमा कम्तिमा दुई पटक तनाव भएको फेला पार्यौं। यसले संकेत गर्दछ कि ग्राफिन इलेक्ट्रोड ढाँचाहरूमा लागू गरिएको तनाव महत्त्वपूर्ण रूपमा सीमित हुन सक्छ, SEBS (26, 43, 44) को शीर्षमा ग्राफिन कठोर टापुहरू बनाउँछ।
तसर्थ, उच्च तनाव अन्तर्गत उच्च चालकता कायम गर्न MGG इलेक्ट्रोडको क्षमता दुई प्रमुख संयन्त्रहरूद्वारा सक्षम हुन सक्छ: (i) स्क्रोलहरूले विच्छेदन गरिएका क्षेत्रहरूलाई प्रवाहकीय पर्कोलेसन मार्ग कायम गर्नका लागि पुल गर्न सक्छन्, र (ii) बहु-तह ग्रेफिन पानाहरू/इलास्टोमर स्लाइड हुन सक्छन्। एकअर्कामाथि, ग्राफिन इलेक्ट्रोडहरूमा कम तनावको परिणामस्वरूप। इलास्टोमरमा ट्रान्सफर गरिएको ग्राफिनका बहु तहहरूका लागि, तहहरू एकअर्कासँग जोडिएका छैनन्, जुन तनावको प्रतिक्रियामा स्लाइड हुन सक्छ (२७)। स्क्रोलहरूले ग्राफिन तहहरूको नरमपन पनि बढायो, जसले ग्राफिन तहहरू बीचको विभाजन बढाउन मद्दत गर्न सक्छ र त्यसैले ग्राफिन तहहरूको स्लाइडिङ सक्षम गर्दछ।
कम लागत र उच्च थ्रुपुटको कारण सबै कार्बन उपकरणहरू उत्साहपूर्वक पछ्याइन्छ। हाम्रो केसमा, सबै कार्बन ट्रान्जिस्टरहरू तलको ग्राफिन गेट, शीर्ष ग्राफिन स्रोत/नाली सम्पर्क, क्रमबद्ध CNT सेमीकन्डक्टर, र SEBS लाई डाइलेक्ट्रिक (चित्र 5A) को रूपमा प्रयोग गरेर बनाइएको थियो। चित्र 5B मा देखाइए अनुसार, स्रोत/नाली र गेट (तलको यन्त्र) को रूपमा CNTs भएको सबै-कार्बन यन्त्र ग्राफिन इलेक्ट्रोड (शीर्ष यन्त्र) भएको यन्त्रभन्दा बढी अपारदर्शी हुन्छ। यो किनभने CNT नेटवर्कहरूलाई ठूला मोटाइहरू चाहिन्छ र फलस्वरूप, ग्राफिन (fig. S4) जस्तै पाना प्रतिरोधहरू प्राप्त गर्न कम अप्टिकल ट्रान्समिटेन्सहरू। चित्र 5 (C र D) ले bilayer MGG इलेक्ट्रोडको साथ बनाइएको ट्रान्जिस्टरको लागि तनाव अघि प्रतिनिधि स्थानान्तरण र आउटपुट कर्भहरू देखाउँछ। अनस्ट्रेन गरिएको ट्रान्जिस्टरको च्यानल चौडाइ र लम्बाइ क्रमशः 800 र 100 μm थियो। क्रमशः 10−5 र 10−8 A को स्तरहरूमा अन र अफ करेन्टहरूसँग मापन गरिएको अन/अफ अनुपात 103 भन्दा बढी छ। आउटपुट कर्भले स्पष्ट गेट-भोल्टेज निर्भरताको साथ आदर्श रैखिक र सा ट्युरेसन व्यवस्थाहरू प्रदर्शन गर्दछ, CNTs र ग्राफिन इलेक्ट्रोडहरू (45) बीचको आदर्श सम्पर्कलाई संकेत गर्दछ। ग्राफिन इलेक्ट्रोडसँगको सम्पर्क प्रतिरोध वाष्पीकरण गरिएको Au फिल्मको तुलनामा कम देखियो (चित्र हेर्नुहोस्। S14)। स्ट्रेचेबल ट्रान्जिस्टरको संतृप्ति गतिशीलता लगभग 5.6 cm2/Vs छ, 300-nm SiO2 को एक डाइलेक्ट्रिक तहको रूपमा कठोर Si सब्सट्रेटहरूमा उही बहुलक-क्रमबद्ध CNT ट्रान्जिस्टरहरू जस्तै। गतिशीलतामा थप सुधार अनुकूलित ट्यूब घनत्व र अन्य प्रकारका ट्यूबहरूसँग सम्भव छ (46)।
(A) ग्राफिनमा आधारित स्ट्रेचेबल ट्रान्जिस्टरको योजना। SWNTs, एकल पर्खाल कार्बन नैनोट्यूब। (B) ग्राफिन इलेक्ट्रोड (शीर्ष) र CNT इलेक्ट्रोड (तल) बाट बनेको स्ट्रेचेबल ट्रान्जिस्टरको फोटो। पारदर्शितामा भिन्नता स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ। (C र D) SEBS मा ग्राफिन-आधारित ट्रान्जिस्टरको स्थानान्तरण र आउटपुट कर्भहरू तनाव अघि। (E र F) स्थानान्तरण कर्भहरू, अन र अफ करन्ट, अन/अफ रेसियो, र विभिन्न स्ट्रेनहरूमा ग्राफिन-आधारित ट्रान्जिस्टरको गतिशीलता।
जब पारदर्शी, सबै-कार्बन यन्त्रलाई चार्ज ट्रान्सपोर्ट दिशाको समानान्तर दिशामा तानिएको थियो, न्यूनतम गिरावट 120% स्ट्रेन सम्म देखियो। स्ट्रेचिङको समयमा, गतिशीलता 0% स्ट्रेनमा 5.6 cm2/Vs बाट 120% स्ट्रेनमा 2.5 cm2/Vs मा लगातार घट्यो (चित्र 5F)। हामीले विभिन्न च्यानल लम्बाइका लागि ट्रान्जिस्टर प्रदर्शनलाई पनि तुलना गर्यौं (तालिका S1 हेर्नुहोस्)। उल्लेखनीय रूपमा, 105% जति ठूलो तनावमा, यी सबै ट्रान्जिस्टरहरूले अझै पनि उच्च अन/अफ अनुपात (>103) र गतिशीलता (>3 cm2/Vs) प्रदर्शन गरे। थप रूपमा, हामीले सबै-कार्बन ट्रान्जिस्टरहरू (तालिका S2 हेर्नुहोस्) (47-52) मा हालैका सबै कामहरू संक्षेप गरेका छौं। इलास्टोमरहरूमा उपकरण निर्माणलाई अप्टिमाइज गरेर र सम्पर्कको रूपमा MGGs प्रयोग गरेर, हाम्रा सबै-कार्बन ट्रान्जिस्टरहरूले गतिशीलता र हिस्टेरेसिसको साथसाथै अत्यधिक स्ट्रेचबलको रूपमा राम्रो प्रदर्शन देखाउँछन्।
पूर्ण पारदर्शी र स्ट्रेच गर्न मिल्ने ट्रान्जिस्टरको एप्लिकेसनको रूपमा, हामीले यसलाई LED को स्विचिङ (चित्र 6A) नियन्त्रण गर्न प्रयोग गर्यौं। चित्र 6B मा देखाइए अनुसार, माथि राखिएको स्ट्रेचेबल अल-कार्बन उपकरण मार्फत हरियो एलईडी स्पष्ट रूपमा देख्न सकिन्छ। ~ 100% (चित्र 6, C र D) मा स्ट्रेच गर्दा, LED प्रकाशको तीव्रता परिवर्तन हुँदैन, जुन माथि वर्णन गरिएको ट्रान्जिस्टर प्रदर्शनसँग मेल खान्छ (चलचित्र S1 हेर्नुहोस्)। ग्राफिन इलेक्ट्रोडहरू प्रयोग गरेर बनाइएको स्ट्रेचेबल कन्ट्रोल इकाइहरूको यो पहिलो रिपोर्ट हो, ग्राफिन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोनिक्सको लागि नयाँ सम्भावना प्रदर्शन गर्दै।
(A) एलईडी ड्राइभ गर्न ट्रान्जिस्टरको सर्किट। GND, जमीन। (B) हरियो एलईडी माथि माउन्ट गरिएको ०% स्ट्रेनमा स्ट्रेच गर्न मिल्ने र पारदर्शी सबै कार्बन ट्रान्जिस्टरको फोटो। (C) LED स्विच गर्न प्रयोग गरिने सबै कार्बन पारदर्शी र स्ट्रेचेबल ट्रान्जिस्टर LED माथि ०% (बायाँ) र ~100% स्ट्रेन (दायाँ) मा माउन्ट गरिएको छ। सेतो तीरहरू यन्त्रमा पहेँलो मार्करहरूको रूपमा बिन्दुमा फैलिएको दूरी परिवर्तन देखाउन। (D) स्ट्रेच गरिएको ट्रान्जिस्टरको साइड दृश्य, एलईडी इलास्टोमरमा धकेलिएको।
निष्कर्षमा, हामीले एक पारदर्शी प्रवाहकीय ग्राफिन संरचना विकास गरेका छौं जसले स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोडको रूपमा ठूला स्ट्रेनहरू अन्तर्गत उच्च चालकता कायम गर्दछ, स्ट्याक्ड ग्राफिन तहहरू बीचमा ग्राफिन नानोस्क्रोलहरू द्वारा सक्षम। इलास्टोमरमा यी द्वि- र त्रिलेयर MGG इलेक्ट्रोड संरचनाहरूले ठेठ मोनोलेयर ग्राफिन इलेक्ट्रोडहरूका लागि 5% स्ट्रेनमा चालकताको पूर्ण हानिको तुलनामा 100% सम्म उच्च स्ट्रेनमा तिनीहरूको 0% स्ट्रेन चालकताको क्रमशः 21 र 65% कायम राख्न सक्छ। । ग्राफिन स्क्रोलहरूको अतिरिक्त प्रवाहकीय मार्गहरू साथै स्थानान्तरण तहहरू बीचको कमजोर अन्तरक्रियाले तनाव अन्तर्गत उच्च चालकता स्थिरतामा योगदान पुर्‍याउँछ। हामीले सबै कार्बन स्ट्रेचेबल ट्रान्जिस्टरहरू बनाउनको लागि यो ग्राफिन संरचनालाई थप लागू गर्यौं। अहिलेसम्म, यो बकलिंग प्रयोग नगरी उत्कृष्ट पारदर्शिताको साथ सबैभन्दा स्ट्रेचबल ग्राफिन-आधारित ट्रान्जिस्टर हो। यद्यपि हालको अध्ययन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोनिक्सको लागि ग्राफिन सक्षम गर्न आयोजित गरिएको थियो, हामी विश्वास गर्छौं कि यो दृष्टिकोणलाई स्ट्रेचेबल 2D इलेक्ट्रोनिक्स सक्षम गर्न अन्य 2D सामग्रीहरूमा विस्तार गर्न सकिन्छ।
ठूलो-क्षेत्र CVD ग्राफिन निलम्बित Cu foils (99.999%; Alfa Aesar) मा 50-SCCM (मानक घन सेन्टिमिटर प्रति मिनेट) CH4 र 20-SCCM H2 को साथ 0.5 mtorr को स्थिर दबाबमा 1000°C मा पूर्ववर्ती रूपमा उब्जाइएको थियो। क्यु पन्नीको दुवै पक्ष मोनोलेयर ग्राफिनले ढाकिएको थियो। PMMA को पातलो तह (2000 rpm; A4, Microchem) Cu Foil को एक छेउमा स्पिन-लेपित थियो, PMMA/G/Cu पन्नी/G संरचना बनाउँदै। त्यसपछि, सम्पूर्ण फिल्मलाई ०.१ एम अमोनियम पर्सल्फेट [(NH4) 2S2O8] घोलमा लगभग २ घण्टा भिजाएर Cu पन्नीलाई बाहिर निकालियो। यस प्रक्रियाको क्रममा, असुरक्षित ब्याकसाइड ग्राफिन पहिले अनाज सीमाना छेउमा च्यात्यो र त्यसपछि सतह तनावको कारण स्क्रोलहरूमा घुम्यो। स्क्रोलहरू PMMA-समर्थित माथिल्लो ग्राफिन फिल्ममा संलग्न थिए, PMMA/G/G स्क्रोलहरू बनाउँदै। फिल्महरू पछि धेरै पटक विआयनीकृत पानीमा धोइयो र कडा SiO2/Si वा प्लास्टिक सब्सट्रेट जस्ता लक्षित सब्सट्रेटमा राखियो। जोडिएको फिल्म सब्सट्रेटमा सुकाउने बित्तिकै, नमूनालाई क्रमिक रूपमा एसीटोन, 1:1 एसीटोन/आईपीए (आईसोप्रोपाइल अल्कोहल), र पीएमएमए हटाउनको लागि प्रत्येक 30 सेकेन्डको लागि IPA मा भिजाइन्छ। फिल्महरूलाई 15 मिनेटको लागि 100 डिग्री सेल्सियसमा तताइएको थियो वा G/G स्क्रोलको अर्को तह यसमा स्थानान्तरण गर्नु अघि फँसेको पानीलाई पूर्ण रूपमा हटाउन रातभर भ्याकुममा राखिएको थियो। यो चरण सब्सट्रेटबाट ग्राफिन फिल्मको अलगावबाट बच्न र PMMA वाहक तहको रिलीजको क्रममा MGGs को पूर्ण कभरेज सुनिश्चित गर्न थियो।
MGG संरचनाको आकृति विज्ञान अप्टिकल माइक्रोस्कोप (Leica) र स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप (1 kV; FEI) को प्रयोग गरेर अवलोकन गरिएको थियो। एउटा परमाणु बल माइक्रोस्कोप (नानोस्कोप III, डिजिटल उपकरण) जी स्क्रोलहरूको विवरणहरू अवलोकन गर्न ट्यापिङ मोडमा सञ्चालन गरिएको थियो। फिल्म पारदर्शिता अल्ट्राभायोलेट देखिने स्पेक्ट्रोमिटर (Agilent Cary 6000i) द्वारा परीक्षण गरिएको थियो। परीक्षणहरूका लागि जब तनाव वर्तमान प्रवाहको लम्ब दिशामा थियो, फोटोलिथोग्राफी र O2 प्लाज्मा प्रयोग गरी ग्राफिन संरचनाहरूलाई स्ट्रिपहरूमा (~300 μm चौडा र ~ 2000 μm लामो), र Au (50 nm) इलेक्ट्रोडहरू थर्मल रूपमा जम्मा गरिएको थियो। लामो छेउको दुबै छेउमा छाया मास्क। त्यसपछि ग्राफिन स्ट्रिपहरूलाई SEBS इलास्टोमर (~ 2 सेमी चौडा र ~ 5 सेमी लामो) सँग सम्पर्कमा राखिएको थियो, SEBS को छोटो छेउमा समानान्तर स्ट्रिपहरूको लामो अक्षको साथ BOE (बफर गरिएको अक्साइड ईच) (HF:H2O)। 1:6) विद्युतीय सम्पर्कको रूपमा नक्काशी र युटेटिक ग्यालियम इन्डियम (EGaIn)। समानान्तर स्ट्रेन परीक्षणहरूको लागि, अनप्याटर्न नभएको ग्राफिन संरचना es (~ 5 × 10 मिमी) SEBS सब्सट्रेटहरूमा स्थानान्तरण गरिएको थियो, लामो अक्षहरू SEBS सब्सट्रेटको लामो छेउमा समानान्तर भएको। दुबै केसहरूको लागि, सम्पूर्ण G (G स्क्रोलहरू बिना)/SEBS लाई म्यानुअल उपकरणमा इलास्टोमरको लामो छेउमा फैलिएको थियो, र स्थितिमा, हामीले अर्धचालक विश्लेषक (Keithley 4200) को साथ प्रोब स्टेशनमा तनाव अन्तर्गत तिनीहरूको प्रतिरोध परिवर्तनहरू नाप्यौं। -एससीएस)।
पोलिमर डाइलेक्ट्रिक र सब्सट्रेटको जैविक विलायक क्षतिबाट बच्न निम्न प्रक्रियाहरूद्वारा लोचदार सब्सट्रेटमा अत्यधिक तन्काउन मिल्ने र पारदर्शी सबै-कार्बन ट्रान्जिस्टरहरू बनाइएका थिए। MGG संरचनाहरू SEBS मा गेट इलेक्ट्रोडको रूपमा स्थानान्तरण गरियो। एकसमान पातलो-फिल्म पोलिमर डाइलेक्ट्रिक तह (२ μm बाक्लो) प्राप्त गर्न, SEBS टोल्युनि (80 mg/ml) समाधानलाई 1 मिनेटको लागि 1000 rpm मा octadecyltrichlorosilane (OTS) - परिमार्जित SiO2/Si सब्सट्रेटमा स्पिन-लेपित गरिएको थियो। पातलो डाइलेक्ट्रिक फिल्म हाइड्रोफोबिक ओटीएस सतहबाट SEBS सब्सट्रेटमा जस्तै-तयार गरिएको ग्राफिनले ढाकिएको सजिलै हस्तान्तरण गर्न सकिन्छ। एलसीआर (इन्डक्टेन्स, क्यापेसिटन्स, रेसिस्टेन्स) मिटर (एजिलेन्ट) को प्रयोग गरेर स्ट्रेनको प्रकार्यको रूपमा क्यापेसिटन्स निर्धारण गर्न लिक्विड-मेटल (EGaIn; Sigma-Aldrich) शीर्ष इलेक्ट्रोड जम्मा गरेर क्यापेसिटर बनाउन सकिन्छ। ट्रान्जिस्टरको अर्को भागमा पोलिमर-क्रमबद्ध अर्धचालक CNTs समावेश थियो, पहिले रिपोर्ट गरिएको प्रक्रियाहरू पछ्याउँदै (53)। ढाँचायुक्त स्रोत/नाली इलेक्ट्रोडहरू कठोर SiO2/Si सब्सट्रेटहरूमा बनाइएका थिए। पछि, दुई भागहरू, डाइलेक्ट्रिक/G/SEBS र CNTs/प्याटर्न गरिएको G/SiO2/Si, एक अर्कामा ल्यामिनेट गरिएको थियो, र कठोर SiO2/Si सब्सट्रेट हटाउन BOE मा भिजाइयो। यसरी, पूर्ण पारदर्शी र तन्काउन मिल्ने ट्रान्जिस्टरहरू बनाइयो। तनाव अन्तर्गत विद्युतीय परीक्षण माथि उल्लिखित विधिको रूपमा म्यानुअल स्ट्रेचिङ सेटअपमा गरिएको थियो।
यस लेखको लागि पूरक सामग्री http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 मा उपलब्ध छ
अंजीर S1। विभिन्न म्याग्निफिकेसनहरूमा SiO2/Si सब्सट्रेटहरूमा monolayer MGG को अप्टिकल माइक्रोस्कोपी छविहरू।
अंजीर S4। मोनो-, द्वि- र ट्राइलेयर प्लेन ग्राफिन (कालो स्क्वायर), MGG (रातो सर्कल), र CNTs (निलो त्रिकोण) @ 550 एनएम @ दुई-प्रोब पाना प्रतिरोध र ट्रान्समिटेन्सहरूको तुलना।
अंजीर S7। क्रमशः 40 र 90% समानान्तर स्ट्रेन सम्म ~1000 चक्रीय स्ट्रेन लोडिङ अन्तर्गत मोनो- र बिलेयर MGGs (कालो) र G (रातो) को सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन।
अंजीर S10। स्ट्रेन पछि SEBS इलास्टोमरमा ट्राइलेयर MGG को SEM छवि, धेरै दरारहरूमा लामो स्क्रोल क्रस देखाउँदै।
अंजीर S12। 20% स्ट्रेनमा धेरै पातलो SEBS इलास्टोमरमा ट्राइलेयर MGG को AFM छवि, एउटा स्क्रोल क्र्याकमा पार भएको देखाउँछ।
तालिका S1। bilayer MGG को गतिशीलता - एकल-पर्खाल कार्बन नानोट्यूब ट्रान्जिस्टरहरू तनाव अघि र पछि विभिन्न च्यानल लम्बाइहरूमा।
यो क्रिएटिभ कमन्स एट्रिब्युशन-गैरव्यावसायिक इजाजतपत्रको सर्तहरू अन्तर्गत वितरित खुला पहुँच लेख हो, जसले कुनै पनि माध्यममा प्रयोग, वितरण, र पुनरुत्पादनलाई अनुमति दिन्छ, जबसम्म नतिजाको प्रयोग व्यावसायिक फाइदाको लागि होइन र मौलिक कार्य ठीकसँग प्रदान गरिएको छ। उद्धृत।
नोट: हामीले तपाइँको इमेल ठेगाना मात्र अनुरोध गर्दछौं ताकि तपाइँले पृष्ठ सिफारिस गरिरहनुभएको व्यक्तिलाई थाहा छ कि तपाइँ उनीहरूले यो हेर्न चाहनुहुन्छ, र यो जंक मेल होइन। हामी कुनै पनि इमेल ठेगाना कब्जा गर्दैनौं।
यो प्रश्न तपाईं मानव आगन्तुक हुनुहुन्छ वा होइन भनेर परीक्षण गर्न र स्वचालित स्प्याम सबमिशनहरू रोक्नको लागि हो।
नान लिउ, एलेक्स चोरटोस, टिंग लेई, लिहुआ जिन, तेहो रोय किम, वोन-ग्यु बे, चेन्क्सिन झू, सिहोंग वांग, राफेल पफटनर, सियान चेन, रोबर्ट सिन्क्लेयर, जेनान बाओ द्वारा
नान लिउ, एलेक्स चोरटोस, टिंग लेई, लिहुआ जिन, तेहो रोय किम, वोन-ग्यु बे, चेन्क्सिन झू, सिहोंग वांग, राफेल पफटनर, सियान चेन, रोबर्ट सिन्क्लेयर, जेनान बाओ द्वारा
© २०२१ अमेरिकन एसोसिएशन फर द एडभान्समेन्ट अफ साइन्स। सबै अधिकार सुरक्षित। AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef र COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 को साझेदार हो।