الټرا شفاف او د پراخیدو وړ ګرافین الکترودونه

دوه اړخیز مواد، لکه ګرافین، په انعطاف وړ برقیاتو کې د دودیز سیمیکمډکټر غوښتنلیکونو او نوي غوښتنلیکونو لپاره په زړه پوري دي. په هرصورت ، د ګرافین لوړ تناسلي ځواک په ټیټ فشار کې د ماتیدو لامل کیږي ، دا ننګونه کوي چې په پراخه کیدو وړ بریښنایی توکو کې د دې غیر معمولي بریښنایی ملکیتونو څخه ګټه پورته کړي. د شفاف ګرافین کنډکټرونو غوره فشار پورې تړلي فعالیت فعالولو لپاره، موږ د ګرافین نانوسکرولونه د سټیک شوي ګرافین پرتونو په مینځ کې رامینځته کړل چې د ملټي لییر ګرافین / ګرافین سکرول (MGGs) په نوم یادیږي. د فشار لاندې، ځینې طومارونه د ګرافین ټوټې شوي ډومینونه پل کوي ترڅو د پارکولینګ شبکه وساتي چې په لوړ فشارونو کې غوره چالکتیا فعاله کړي. په ایلسټومرونو کې ملاتړ شوي Trilayer MGGs د خپل اصلي چال چلن 65٪ په 100٪ فشار کې ساتي، کوم چې د اوسني جریان لوري ته عمودی دی، پداسې حال کې چې د ګرافین درې اړخیزه فلمونه پرته له نانوسکرول څخه یوازې 25٪ د خپل ابتدايي چلند ساتل. د اوږدیدو وړ ټول کاربن ټرانزیسټر د MGGs په توګه د الکترودونو په توګه جوړ شوی د 90%> لیږد ښودلی او د خپل اصلي اوسني محصول 60٪ یې په 120٪ فشار کې ساتلی (د چارج ټرانسپورټ سمت سره موازي). دا خورا پراخه او شفاف ټول کاربن ټرانزیسټرونه کولی شي پیچلي پراخیدونکي آپټو الیکترونیک فعال کړي.
د پراخیدونکي شفاف برقیات یوه وده کونکي ساحه ده چې په پرمختللي بایو انټیګریټ سیسټمونو کې مهم غوښتنلیکونه لري (1, 2) او همدارنګه د پیچلي نرم روبوټیکونو او نندارتونونو تولید لپاره د پراخیدونکي آپټو الیکترونیک (3, 4) سره د ادغام احتمال لري. ګرافین د اټومي ضخامت، لوړ روڼتیا، او لوړ چلونکي خورا مطلوب ملکیتونه نندارې ته وړاندې کوي، مګر د پراخو وړ غوښتنلیکونو کې پلي کول د کوچنیو فشارونو د کریک کولو تمایل لخوا منع شوي. د ګرافین میخانیکي محدودیتونو باندې بریالي کول کولی شي د پراخیدو وړ شفافو وسیلو کې نوي فعالیت فعال کړي.
د ګرافین ځانګړي ملکیتونه دا د راتلونکي نسل شفاف لیږدونکي الکترودونو لپاره قوي نوماند کوي (5, 6). د ترټولو عام کارول شوي شفاف کنډکټر سره پرتله کول، انډیم ټین آکسایډ [ITO؛ 100 ohms/square (sq) په 90% شفافیت کې]، monolayer ګرافین چې د کیمیاوي بخاراتو د زیرمو (CVD) پواسطه کرل شوي د شیټ مقاومت (125 ohms/sq) او روڼتیا (97.4%) (5) سره ورته ترکیب لري. برسېره پردې، د ګرافین فلمونه د ITO (7) په پرتله غیر معمولي انعطاف لري. د مثال په توګه، په یوه پلاستیکي سبسټریټ کې، د هغې چال چلن حتی د 0.8 ملي میتر (8) په اندازه د منحني وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړ وړانګو لپاره ساتل کیدی شي. د شفاف انعطاف وړ کنډکټر په توګه د دې بریښنایی فعالیت نور هم لوړولو لپاره، پخوانیو کارونو د ګرافین هایبرډ مواد د یو اړخیز (1D) سپینو زرو نانووایرونو یا کاربن نانوټوبونو (CNTs) (9-11) سره رامینځته کړي. سربیره پردې، ګرافین د مخلوط ابعادي هیټروسټرکچر سیمیکمډکټرونو (لکه 2D بلک سی، 1D نانووایرز/نانوټیوبس، او 0D کوانټم نقطې) (12)، انعطاف وړ ټرانزیسټرونو، شمسي حجرو، او د رڼا جذبونکي ډیایډونو (LEDs) (13) لپاره د الکترودونو په توګه کارول شوي. -23).
که څه هم ګرافین د انعطاف وړ برقیاتو لپاره امید لرونکې پایلې ښودلې ، په پراخه کیدو وړ برقیاتو کې د دې غوښتنلیک د میخانیکي ملکیتونو لخوا محدود شوی (17, 24, 25); ګرافین په الوتکه کې د 340 N/m په دننه کې سختوالی لري او د 0.5 TPa (26) یو ځوان ماډل. د کاربن - کاربن قوي شبکه د پلي شوي فشار لپاره د انرژي تحلیل میکانیزم نه وړاندې کوي او له همدې امله په اسانۍ سره له 5٪ څخه کم فشار کې درزونه کوي. د مثال په توګه، د پولیډیمیتیلسیلوکسین (PDMS) لچک لرونکي سبسټریټ ته لیږدول شوي CVD ګرافین یوازې کولی شي خپل چالکتیا له 6٪ څخه کم فشار وساتي (8). تیوریکي محاسبه ښیي چې د مختلفو پرتونو تر مینځ ټوټه کول او تعامل باید په ټینګه سره سختۍ کم کړي (26). د ګرافین په څو پرتونو کې د سټیک کولو په واسطه، راپور ورکول کیږي چې دا دوه یا درې اړخیزه ګرافین تر 30٪ فشار پورې غځول کیږي، د مقاومت بدلون د مونویلیر ګرافین په پرتله 13 ځله کوچنی (27). په هرصورت، دا پراخوالی اوس هم د عصري پراخو وړ سی انډکټرونو په پرتله د پام وړ ټیټ دی (28، 29).
ټرانزیسټرونه د اوږدیدو وړ غوښتنلیکونو کې مهم دي ځکه چې دوی د پیچلي سینسر لوستلو او سیګنال تحلیل وړوي (30, 31). په PDMS کې ټرانزیسټرونه د څو پرت ګرافین سره د سرچینې/ډرین الیکټروډونو او چینل موادو په توګه کولی شي بریښنایی فعالیت تر 5٪ فشار (32) پورې وساتي ، کوم چې د اغوستلو وړ روغتیا څارنې سینسرونو او بریښنایی پوټکي لپاره د لږترلږه اړین ارزښت (~ 50٪) څخه د پام وړ ټیټ دی ( ۳۳، ۳۴). په دې وروستیو کې، د ګرافین کیریګامي طریقه کشف شوې، او د مایع الکترولیټ لخوا تړل شوي ټرانزیسټر تر 240٪ (35) پورې غځول کیدی شي. په هرصورت، دا طریقه تعلیق شوي ګرافین ته اړتیا لري، کوم چې د جوړولو پروسه پیچلې کوي.
دلته، موږ د ګرافین پرتونو په مینځ کې د ګرافین سکرولونو (~ 1 څخه تر 20 μm اوږد، ~ 0.1 څخه 1 μm پراخ، او ~ 10 څخه تر 100 nm لوړ) په واسطه د خورا پراخه کولو وړ ګرافین وسایل ترلاسه کوو. موږ فرض کوو چې دا ګرافین سکرولونه کولی شي د ګرافین شیټونو کې د درزونو پلولو لپاره چلونکي لارې چمتو کړي ، پدې توګه د فشار لاندې لوړ چالکتیا ساتي. د ګرافین سکرول اضافي ترکیب یا پروسې ته اړتیا نلري؛ دوی په طبیعي ډول د لوند لیږد پروسې په جریان کې رامینځته کیږي. د ملټي لییر G/G (ګرافین/ګرافین) سکرولونو (MGGs) د ګرافین پراخه کولو وړ الیکټروډونو (سرچینه/درېن او دروازې) او سیمی کنډکټینګ CNTs په کارولو سره ، موږ وکولی شو خورا شفاف او خورا پراخه ټول کاربن ټرانزیسټرونه وښیو ، کوم چې 120 ته غځول کیدی شي. ٪ فشار (د چارج ټرانسپورټ سمت سره موازي) او د دوی اصلي اوسني محصول 60٪ ساتي. دا تر دې دمه ترټولو پراخه شفاف کاربن میشته ټرانزیسټر دی ، او دا د غیر عضوي LED چلولو لپاره کافي جریان چمتو کوي.
د دې لپاره چې د لویې ساحې شفاف پراخیدونکي ګرافین الکترودونه فعال کړي، موږ په Cu ورق کې د CVD تولید شوي ګرافین غوره کړل. د Cu ورق د CVD کوارټز ټیوب په مینځ کې ځنډول شوی ترڅو په دواړو خواو کې د ګرافین وده ته اجازه ورکړي ، د G/Cu/G جوړښتونه رامینځته کوي. د ګرافین د لیږدولو لپاره، موږ لومړی د پولی (میتیل میتاکریلایټ) (PMMA) یو پتلی طبقه د ګرافین د یو اړخ د ساتنې لپاره سپن کوټ کړی، کوم چې موږ د ګرافین د بل اړخ لپاره د ټاپ سایډ ګرافین نوم ورکړو، او بیا وروسته، ټول فلم (PMMA/پورته ګرافین/Cu/لاندې ګرافین) په (NH4) 2S2O8 محلول کې ډوب شوي ترڅو د Cu ورق لرې کړي. د لاندې اړخ ګرافین د PMMA کوټینګ پرته به په غیر ضروري ډول درزونه او نیمګړتیاوې ولري چې د اینچینټ له لارې د ننوتلو اجازه ورکوي (36, 37). لکه څنګه چې په انځور کې ښودل شوي. 1A، د سطحي فشار تر اغیز لاندې، خوشې شوي ګرافین ډومینونه په سکرولونو کې راوتلي او وروسته د پاتې ټاپ-G/PMMA فلم سره نښلول شوي. پورته-G/G سکرولونه په هر سبسټریټ کې لیږدول کیدی شي، لکه SiO2/Si، شیشې، یا نرم پولیمر. په ورته سبسټریټ کې د لیږد پروسې څو ځله تکرار کول د MGG جوړښتونه ورکوي.
(الف) د MGGs لپاره د جوړونې طرزالعمل سکیماتیک مثال د پراخیدونکي الکترود په توګه. د ګرافین لیږد په جریان کې، د Cu ورق شاته ګرافین په حدودو او نیمګړتیاوو مات شوی و، په خپل سري شکلونو کې راښکته شوی، او په پورتنۍ فلمونو کې په کلکه تړل شوی، د نانو سکرول جوړوي. څلورم کارټون د MGG سټکیډ جوړښت انځوروي. (B او C) د monolayer MGG د لوړ ریزولوشن TEM ځانګړتیاوې، په ترتیب سره د مونویلیر ګرافین (B) او سکرول (C) سیمه باندې تمرکز کوي. د (B) انسیټ د ټیټ میګنیفیکیشن عکس دی چې په TEM گرډ کې د monolayer MGGs عمومي مورفولوژي ښیې. د (C) انسیټونه د شدت پروفایلونه دي چې په عکس کې ښودل شوي مستطیل بکسونو سره اخیستل شوي چیرې چې د اټومي الوتکو تر مینځ واټن 0.34 او 0.41 nm دی. (D) د کاربن K-edge EEL سپیکٹرم د ځانګړتیا ګرافیک π* او σ* چوټیو سره لیبل شوي. (E) د monolayer G/G سکرولونو برخې برخې AFM عکس د ژیړ نقطې کرښې سره د لوړ پروفایل سره. (F ته I) اپټیکل مایکروسکوپي او AFM عکسونه د 300-nm-پوړ SiO2/Si سبسټریټونو کې په ترتیب سره د (F او H) پرته او د سکرول (G او I) سره د ټرای لیر G. د نمایندګیو طومارونو او غضبونو لیبل شوي ترڅو د دوی توپیرونه روښانه کړي.
د دې تصدیق کولو لپاره چې سکرولونه په طبیعت کې رول شوي ګرافین دي ، موږ د مونویلیر ټاپ-G/G سکرول جوړښتونو کې د لوړ ریزولوشن لیږد بریښنایی مایکروسکوپي (TEM) او د بریښنایی انرژي ضایع (EEL) سپیکٹروسکوپي مطالعات ترسره کړل. شکل 1B د مونولایر ګرافین مسدس جوړښت ښیې، او انسیټ د فلم ټولیز مورفولوژي ده چې د TEM گرډ په یو واحد کاربن سوري پوښل شوي. مونولایر ګرافین د ګردي ډیری برخه غزوي، او ځینې ګرافین فلیکس د هیکساگونل حلقو د ډیری سټیکونو په شتون کې ښکاري (1B انځور). په یو انفرادي کتابچه کې د زوم کولو په واسطه (انځور 1C)، موږ د ګرافین جالیز کنډکونه ولیدل، د جالی فاصله د 0.34 څخه تر 0.41 nm پورې. دا اندازه کول وړاندیز کوي چې فلیکسونه په تصادفي ډول پورته شوي او بشپړ ګرافیټ ندي، کوم چې د "ABAB" پرت سټیکینګ کې د 0.34 nm جال فاصله لري. شکل 1D د کاربن K-edge EEL سپیکٹرم ښیي، چیرته چې په 285 eV کې لوړوالی د π* orbital څخه سرچینه اخلي او بل یې د 290 eV په شاوخوا کې د σ* مدار د لیږد له امله دی. دا لیدل کیدی شي چې په دې جوړښت کې د SP2 بانډینګ تسلط لري، دا تاییدوي چې سکرولونه خورا ګرافیک دي.
آپټیکل مایکروسکوپي او د اټومي ځواک مایکروسکوپي (AFM) عکسونه په MGGs کې د ګرافین نانوسکرولونو ویش ته بصیرت وړاندې کوي (انځور. 1، E څخه G، او انځر. S1 او S2). طومارونه په تصادفي ډول په سطحه ویشل شوي، او د دوی په الوتکه کې کثافت په متناسب ډول د سټیک شوي پرتونو شمیر ته وده ورکوي. ډیری سکرولونه په غوټیو کې ځړول شوي او د 10 څخه تر 100 nm پورې غیر یونیفورم لوړوالی څرګندوي. دوی د 1 څخه تر 20 μm اوږد او 0.1 څخه تر 1 μm پراخ دي، د دوی د ابتدايي ګرافین فلیکسونو اندازې پورې اړه لري. لکه څنګه چې په 1 (H او I) شکل کې ښودل شوي، سکرولونه د غضبونو په پرتله د پام وړ لوی اندازې لري، چې د ګرافین پرتونو تر مینځ خورا سخت انٹرفیس المل کیږي.
د بریښنایی ملکیتونو اندازه کولو لپاره، موږ د ګرافین فلمونه د 300-μm-پراختیا او 2000-μm-اوږدې پټو کې د سکرول جوړښتونو سره یا پرته پرته نمونه کړل. د فشار د فعالیت په توګه دوه تحقیقاتي مقاومتونه د محیطي شرایطو لاندې اندازه شوي. د طومارونو شتون د مونویلیر ګرافین مقاومت 80٪ کم کړی چې یوازې په لیږد کې 2.2٪ کمښت لري (انځر S4). دا تاییدوي چې نانوسکرولونه، چې تر 5 × 107 A/cm2 پورې لوړ اوسني کثافت لري (38, 39)، د MGGs لپاره خورا مثبت بریښنایی مرسته کوي. د ټولو مونو-، بایو-، او درې اړخیزو ساده ګرافین او MGGs په منځ کې، تری لییر MGG د نږدې 90٪ روڼتیا سره تر ټولو ښه چلند لري. په ادبیاتو کې د راپور شوي ګرافین د نورو سرچینو سره پرتله کولو لپاره، موږ د څلور تحقیقاتي پاڼې مقاومت (انځر S5) هم اندازه کړ او په 2A کې یې په 550 nm (انځر S6) کې د لیږد فعالیت په توګه لیست کړل. MGG په مصنوعي ډول سټک شوي ملټيلا یر ساده ګرافین او کم شوي ګرافین اکساید (RGO) (6, 8, 18). په یاد ولرئ چې د ادبیاتو څخه په مصنوعي ډول سټیک شوي څو اړخیز ساده ګرافین د شیټ مقاومت زموږ د MGG په پرتله یو څه لوړ دی ، شاید د دوی د غیر مطلوب ودې شرایطو او لیږد میتود له امله.
(الف) د څو ډوله ګرافینونو لپاره په 550 nm کې د لیږد په مقابل کې د څلور تحقیقاتي شیټ مقاومت ، چیرې چې تور مربع د مونو-، دوه-، او ټرایلیر MGGs په ګوته کوي؛ سور حلقې او نیلي مثلث د څو اړخیز ساده ګرافین سره مطابقت لري چې په Cu او Ni کې کرل شوي د Li et al مطالعاتو څخه. (6) او Kim et al. (8)، په ترتیب سره، او وروسته په SiO2/Si یا کوارټز ته لیږدول شوی؛ او شنه مثلث د RGO لپاره ارزښتونه دي چې د Bonaccorso et al مطالعې څخه په مختلفو کمولو درجو کې دي. (۱۸). (B او C) د مونو-، دوه- او درې اړخیز MGGs او G د مقاومت بدلون نورمال شوي د اوسني جریان لوري ته د عمودی (B) او موازي (C) فشار د فعالیت په توګه. (D) د سایکلیک فشار لاندې د بیلیر G (سور) او MGG (تور) نورمال مقاومت بدلون تر 50٪ عمودی فشار پورې. (E) د سایکلیک فشار لاندې د ټرایلیر G (سور) او MGG (تور) معمول شوي مقاومت بدلون تر 90٪ موازي فشار پورې. (F) د فشار د فعالیت په توګه د مونو، دوه- او درې اړخیز G او دوه- او درې اړخیز MGGs د ظرفیت نورمال شوي بدلون. انسیټ د capacitor جوړښت دی، چیرې چې پولیمر سبسټریټ SEBS دی او د پولیمر ډایالټریک طبقه د 2-μm-نقطه SEBS دی.
د MGG د فشار پورې تړلي فعالیت ارزولو لپاره، موږ ګرافین د ترموپلاستیک ایلسټومر سټایرین-ایتیلین-بوټاډین-سټایرین (SEBS) سبسټریټ (~ 2 سانتي متره پراخ او ~ 5 سانتي متره اوږد) ته انتقال کړ، او چالکتیا یې اندازه شوې کله چې سبسټریټ پراخ شوی و. (مادي او ميتودونه وګورئ) دواړه عمودي او موازي د اوسني جريان لوري ته (انځور 2، B او C). د فشار پورې تړلي بریښنایی چلند د نانوسکرولونو شاملولو او د ګرافین پرتونو شمیر زیاتولو سره ښه شوی. د بېلګې په توګه، کله چې فشار د اوسني جریان سره عمودی وي، د مونویلیر ګرافین لپاره، د سکرولونو اضافه کول د بریښنا د ماتیدو په وخت کې فشار له 5 څخه تر 70٪ پورې ډیروي. د ټریلیر ګرافین فشار برداشت هم د مونویلیر ګرافین په پرتله د پام وړ ښه شوی. د نانوسکرولونو سره، په 100٪ عمودي فشار کې، د ټرایلیر MGG جوړښت مقاومت یوازې 50٪ زیات شوی، د 300٪ په پرتله د ټری لیر ګرافین لپاره د سکرول پرته. د سایکلیک فشار بار کولو لاندې د مقاومت بدلون تحقیق شوی. د پرتله کولو لپاره (انځور 2D)، د ساده بیلیر ګرافین فلم مقاومت د 700 ~ 700 دورې وروسته په 50٪ عمودی فشار کې شاوخوا 7.5 ځله زیات شوی او په هر دور کې د فشار سره وده کوي. له بلې خوا، د بیلیر MGG مقاومت یوازې د ~ 700 دورې وروسته شاوخوا 2.5 ځله زیات شوی. د موازي لوري په اوږدو کې تر 90٪ پورې فشار پلي کول، د ټرایلیر ګرافین مقاومت د 1000 دورې وروسته ~ 100 ځله زیات شوی، پداسې حال کې چې دا په درې اړخیزه MGG کې یوازې ~ 8 ځله دی (انځور 2E). د سایکل چلولو پایلې په انځور کې ښودل شوي. S7. د موازي فشار لوري په اوږدو کې د مقاومت نسبتا ګړندی زیاتوالی دا دی چې د درزونو موقعیت د اوسني جریان سمت ته عمودی دی. د بارولو او پورته کولو فشار په جریان کې د مقاومت انحراف د SEBS elastomer substrate د ویسکویلاسټیک ریکوری له امله دی. د بایسکل چلولو پرمهال د MGG پټو ډیر مستحکم مقاومت د لوی سکرولونو شتون له امله دی چې کولی شي د ګرافین ټوټې شوي برخې پلې کړي (لکه څنګه چې د AFM لخوا مشاهده شوې) ، د پارکولینګ لارې ساتلو کې مرسته کوي. د پارکولینګ لارې په واسطه د چال چلن ساتلو دا پدیده دمخه په ایلسټومر سبسټریټ کې د درز شوي فلزي یا سیمیکمډکټر فلمونو لپاره راپور شوې (40, 41).
د دې لپاره چې د ګرافین پر بنسټ دا فلمونه په پراخه کولو وړ وسیلو کې د ګیټ الیکټروډونو په توګه ارزونه وکړي، موږ د ګرافین پرت د SEBS ډایالټریک پرت سره پوښلی (2 μm ضخامت) او د فشار د فعالیت په توګه د ډایالټریک ظرفیت بدلون وڅارئ (انځور 2F او اضافي توکي وګورئ. تفصیلات). موږ ولیدل چې د ساده monolayer او bilayer graphene electrodes سره capacitances په چټکۍ سره کم شوي ځکه چې د ګرافین په الوتکه کې چالکتیا له لاسه ورکوي. په مقابل کې، د MGGs او همدارنګه د ساده ټرایلیر ګرافین لخوا ټاکل شوي ظرفیت د فشار سره د ظرفیت زیاتوالی ښودلی، کوم چې تمه کیږي د فشار سره د ډایالټریک ضخامت کمولو له امله. په ظرفیت کې متوقع زیاتوالی د MGG جوړښت (انځر S8) سره خورا ښه سمون لري. دا په ګوته کوي چې MGG د پراخیدونکي ټرانزیسټرونو لپاره د دروازې الیکټروډ په توګه مناسب دی.
د بریښنایی چال چلن د فشار زغم په اړه د 1D ګرافین سکرول رول نور تحقیق کولو لپاره او د ګرافین پرتونو تر مینځ جلا کول ښه کنټرول کړئ ، موږ د ګرافین سکرولونو ځای په ځای کولو لپاره د سپری لیپت شوي CNTs کارول (اضافي توکي وګورئ). د MGG جوړښتونو تقلید کولو لپاره، موږ د CNTs درې کثافتونه زیرمه کړل (یعنې CNT1
(A to C) د CNTs د درې مختلف کثافت AFM عکسونه (CNT1
د پراخیدونکي برقیاتو لپاره د الیکټروډونو په توګه د دوی وړتیا د لا پوهیدو لپاره ، موږ په سیستماتیک ډول د فشار لاندې د MGG او G-CNT-G مورفولوژی څیړنه وکړه. آپټیکل مایکروسکوپي او سکین کولو الکترون مایکروسکوپي (SEM) د ځانګړتیا کولو اغیزمن میتودونه ندي ځکه چې دواړه د رنګ برعکس شتون نلري او SEM د الکترون سکین کولو پرمهال د عکس آثارو تابع دي کله چې ګرافین په پولیمر سبسټریټ (انځر S9 او S10) کې وي. د فشار لاندې د ګرافین سطح په وضعیت کې د لیدو لپاره، موږ د AFM اندازه په درې اړخیزه MGGs او ساده ګرافین کې راټوله کړه وروسته له دې چې په خورا پتلي (~ 0.1 mm ضخامت) او لچک لرونکي SEBS سبسټریټ ته لیږدول. د CVD ګرافین کې د داخلي نیمګړتیاو او د لیږد پروسې په جریان کې د خارجي زیانونو له امله، درزونه په ناڅاپي ډول په فشار شوي ګرافین کې رامینځته کیږي، او د فشار په زیاتیدو سره، درزونه ډیریږي (انځور 4، A ته D). د کاربن پر بنسټ د الکترودونو د سټکینګ جوړښت پورې اړه لري، درزونه مختلف شکلونه څرګندوي (انځر S11) (27). د کریک ساحې کثافت (د کریک ساحې/تجزیه شوي ساحې په توګه تعریف شوي) د څو پرت ګرافین د فشار وروسته د مونولایر ګرافین په پرتله کم دی، کوم چې د MGGs لپاره د بریښنایی چالکتیا له زیاتوالي سره مطابقت لري. له بلې خوا، سکرولونه اکثرا د درزونو د پلولو لپاره لیدل کیږي، چې په فشار شوي فلم کې اضافي لیږدونکي لارې چمتو کوي. د مثال په توګه، لکه څنګه چې د انځور 4B په انځور کې لیبل شوی، یو پراخ سکرول د MGG په درې اړخیزه برخه کې د درز څخه تیر شوی، مګر په ساده ګرافین کې هیڅ سکرول نه لیدل کیږي (انځور 4، E ته H). په ورته ډول، CNTs هم په ګرافین (انځر S11) کې درزونه له مینځه وړي. د کریک ساحې کثافت، د سکرول ساحې کثافت، او د فلمونو خړپړتیا په شکل 4K کې لنډیز شوي.
(A څخه تر H) د AFM په حالت کې د ټرای لییر G/G سکرولونو (A to D) او د ټرای لییر G جوړښتونو (E to H) په خورا پتلی SEBS (~ 0.1 ملی متر ضخامت) ایلسټومر په 0, 20, 60, او 100 کې % فشار نمایشي کریکونه او سکرولونه د تیرونو سره په نښه شوي. د AFM ټول انځورونه د 15 μm × 15 μm په ساحه کې دي، د ورته رنګ پیمانه بار په کارولو سره چې لیبل شوی. (I) د SEBS سبسټریټ کې د نمونې مونولایر ګرافین الیکټروډونو سمولیشن جیومیټري. (J) د مونولایر ګرافین او SEBS سبسټریټ کې د 20٪ بهرني فشار کې د اعظمي اصلي لوګاریتمیک فشار سمولیشن کنټور نقشه. (K) د مختلف ګرافین جوړښتونو لپاره د کریک ساحې کثافت (سور کالم) ، د سکرول ساحې کثافت (ژېړ کالم) ، او د سطحې خرابوالي (نیلي کالم) پرتله کول.
کله چې د MGG فلمونه وغځول شي، یو مهم اضافي میکانیزم شتون لري چې سکرول کولی شي د ګرافین ټوټې شوي سیمې پلې کړي، د پارکولینګ شبکه ساتي. د ګرافین طومارونه هیله مند دي ځکه چې دوی په لسګونو مایکرو میتر اوږدوالی لري او له همدې امله د دې وړتیا لري چې درزونه پلې کړي چې معمولا د مایکرومیټر پیمانه پورې وي. برسېره پردې، ځکه چې سکرولونه د ګرافین څو پوړونه لري، دوی تمه کیږي چې ټیټ مقاومت ولري. په پرتله، د نسبتا کثافاتو (ټیټ لیږد) CNT شبکې ته اړتیا ده چې د پرتلې وړ کنډک پل کولو وړتیا چمتو کړي، ځکه چې CNTs کوچني دي (په عموم ډول یو څو مایکرو میتر اوږدوالی) او د سکرولونو په پرتله لږ چلونکي دي. له بلې خوا، لکه څنګه چې په انځور کې ښودل شوي. S12، پداسې حال کې چې ګرافین د فشار د ځای په ځای کولو په وخت کې درزونه کوي، سکرولونه نه ماتیږي، دا په ګوته کوي چې وروستی کیدای شي په لاندې ګرافین باندې سلیډ شي. د دې لامل چې دوی یې درز نه کوي احتمال لري د ګرافین د ډیری پرتونو څخه جوړ شوي جوړښت له امله وي (~ 1 څخه تر 2 0 μm اوږد، ~ 0.1 څخه 1 μm پراخ، او ~ 10 څخه تر 100 nm لوړ)، کوم چې لري. د واحد پرت ګرافین په پرتله لوړ مؤثر ماډل. لکه څنګه چې د ګرین او هیرسام (42) لخوا راپور شوي، د فلزي CNT شبکې (د ټیوب قطر 1.0 nm) کولی شي د CNTs ترمنځ د لوی جنکشن مقاومت سره سره د 100 ohms/sq ټیټ شیټ مقاومت ترلاسه کړي. د دې په پام کې نیولو سره چې زموږ د ګرافین سکرولونه له 0.1 څخه تر 1 μm پورې پلنوالی لري او دا چې د G/G سکرولونه د CNTs په پرتله خورا لوی تماس ساحه لري، د ګرافین او ګرافین سکرولونو ترمنځ د تماس مقاومت او د تماس ساحه باید د لوړ چلونکي ساتلو لپاره فکتورونه محدود نه کړي.
ګرافین د SEBS سبسټریټ په پرتله خورا لوړ ماډلونه لري. که څه هم د ګرافین الیکټروډ اغیزمن ضخامت د سبسټریټ په پرتله خورا ټیټ دی ، د ګرافین ضخامت څو ځله د دې ضخامت د سبسټریټ (43, 44) سره پرتله کیږي ، په پایله کې د معتدل سخت ټاپو اغیزې رامینځته کیږي. موږ د SEBS سبسټریټ کې د 1-nm-پټ ګرافین تخریب انډول کړی (د جزیاتو لپاره اضافي توکي وګورئ). د سمولو پایلو له مخې، کله چې 20٪ فشار د SEBS سبسټریټ ته په بهر کې تطبیق شي، په ګرافین کې اوسط فشار ~ 6.6٪ دی (انځور. 4J او انځر. S13D)، چې د تجربوي کتنو سره سمون لري (انځر S13 وګورئ) . موږ د نظری مایکروسکوپي په کارولو سره په نمونه شوي ګرافین او سبسټریټ سیمو کې فشار پرتله کړ او وموندله چې د سبسټریټ سیمه کې فشار لږترلږه د ګرافین سیمه کې دوه چنده وي. دا په ګوته کوي چې د ګرافین الکترود نمونو باندې پلي شوي فشار د پام وړ محدود کیدی شي، د SEBS (26, 43, 44) په سر کې د ګرافین سخت ټاپو جوړوي.
له همدې امله، د MGG الکترود وړتیا د لوړ فشار لاندې د لوړ چلونکي ساتلو لپاره احتمال لري د دوو لوی میکانیزمونو لخوا فعاله شي: (i) سکرول کولی شي منحل شوي سیمې پلې کړي ترڅو د کنډکټیک پارکولیشن لاره وساتي، او (ii) د څو پوړ ګرافین شیټونه / ایلسټومر ممکن سلایډ شي په یو بل باندې، په پایله کې د ګرافین الکترودونو فشار کم شوی. په ایلسټومر کې د لیږد شوي ګرافین د څو پرتونو لپاره، پرتونه په کلکه یو له بل سره تړلي ندي، کوم چې کیدای شي د فشار په ځواب کې سلیډ شي (27). طومارونو د ګرافین طبقو خرابوالی هم زیات کړی، کوم چې کیدای شي د ګرافین پرتونو ترمنځ جلا کولو کې مرسته وکړي او له همدې امله د ګرافین پرتونو سلایډ فعال کړي.
ټول کاربن وسایل په لیوالتیا سره د ټیټ لګښت او لوړ تولید له امله تعقیب کیږي. زموږ په قضیه کې، ټول کاربن ټرانزیسټرونه د لاندې ګرافین دروازې، د پورتنۍ ګرافین سرچینې/درېن تماس، یو ترتیب شوي CNT سیمیکمډکټر، او SEBS د ډایالټریک (انځور 5A) په کارولو سره جوړ شوي. لکه څنګه چې په 5B شکل کې ښودل شوي، یو ټول کاربن وسیله د CNTs سره د سرچینې/دراین او دروازې (لاندې وسیله) په توګه د ګرافین الکترودونو (پورته وسیله) سره د وسیلې په پرتله خورا مبهم دی. دا ځکه چې د CNT شبکې لوی ضخامت ته اړتیا لري او په پایله کې د ګرافین (انځر S4) په څیر د شیټ مقاومت ترلاسه کولو لپاره ټیټ نظری لیږد ته اړتیا لري. شکل 5 (C او D) د بیلیر MGG الیکټروډونو سره جوړ شوي ټرانزیسټر لپاره د فشار څخه دمخه د نمایندګۍ لیږد او محصول منحني ښیي. د غیر منظم ټرانزیسټر چینل عرض او اوږدوالی په ترتیب سره 800 او 100 μm وو. په ترتیب سره د 10-5 او 10-8 A په سطحو کې د آن او بند جریان سره اندازه شوي د آن/بند نسبت له 103 څخه ډیر دی. د محصول وکر د روښانه ګیټ ولټاژ انحصار سره مثالی خطي او sa Turation رژیمونه ښیې ، د CNTs او ګرافین الیکټروډونو ترمینځ مثالي اړیکه ښیي (45). د ګرافین الکترودونو سره د تماس مقاومت د تبخیر شوي Au فلم په پرتله ټیټ لیدل شوی و (انځر S14 وګورئ). د غځیدلو وړ ټرانزیسټر د سنتریت حرکت شاوخوا 5.6 ​​cm2/Vs دی، د ورته پولیمر ترتیب شوي CNT ټرانزیسټرونو په څیر په ریګیډ Si substrates کې د 300-nm SiO2 سره د ډایالټریک پرت په توګه. په خوځښت کې نور پرمختګ د مطلوب ټیوب کثافت او نورو ټیوبونو (46) سره ممکن دی.
(الف) د ګرافین پر بنسټ د پراخیدونکي ټرانزیسټر سکیم. SWNTs، واحد دیوال کاربن نانوټوبونه. (ب) د ګرافین الکترودونو (پورته) او CNT الکترودونو (لاندې) څخه جوړ شوي د پراخیدونکي ټرانزیسټرونو عکس. په شفافیت کې توپیر په ښکاره ډول د پام وړ دی. (C او D) د فشار څخه دمخه په SEBS کې د ګرافین پراساس ټرانزیسټر لیږد او محصول وکر. (E او F) د لیږد منحنی منحنی جریان، آن او بند اوسنی، آن/بند نسبت، او د ګرافین پر بنسټ د ټرانزیسټر حرکت په مختلفو فشارونو کې.
کله چې شفاف، ټول کاربن وسیله د چارج ټرانسپورټ سمت سره موازي لوري ته وغزول شوه، لږترلږه تخریب تر 120٪ فشار پورې لیدل شوی. د غځولو په جریان کې، خوځښت په دوامداره توګه د 5.6 cm2/Vs څخه په 0٪ فشار کې 2.5 cm2/Vs ته په 120٪ فشار کې راټیټ شو (انځور 5F). موږ د مختلف چینل اوږدوالی لپاره د ټرانزیسټر فعالیت هم پرتله کړ (جدول S1 وګورئ). په پام کې نیولو سره، د 105٪ په اندازه لوی فشار کې، دا ټول ټرانزیسټرونه لاهم د لوړ / بند تناسب (>103) او حرکت (>3 cm2/Vs) ښودل شوي. برسېره پر دې، موږ په ټول کاربن ټرانزیسټرونو ټول وروستي کارونه لنډیز کړل (جدول S2 وګورئ) (47-52). په ایلیسټومرونو کې د وسیلې جوړونې اصلاح کولو او د تماس په توګه د MGGs کارولو سره ، زموږ ټول کاربن ټرانزیسټرونه د خوځښت او هیسټریسیس شرایطو کې ښه فعالیت ښیې او همدارنګه د خورا پراخه کیدو وړ وي.
د بشپړ شفاف او پراخیدونکي ټرانزیسټر د غوښتنلیک په توګه، موږ دا د LED د سویچنګ کنټرول لپاره کارولی (شکل 6A). لکه څنګه چې په 6B شکل کې ښودل شوي، شنه LED په مستقیم ډول پورته کیښودل شوي ټول کاربن وسیلې له لارې په روښانه توګه لیدل کیدی شي. پداسې حال کې چې ~ 100٪ ته غځول کیږي (انځور 6, C او D)، د LED رڼا شدت نه بدلیږي، کوم چې د پورته بیان شوي ټرانزیسټر فعالیت سره مطابقت لري (د فلم S1 وګورئ). دا د پراخیدونکي کنټرول واحدونو لومړی راپور دی چې د ګرافین الیکټروډونو په کارولو سره رامینځته شوی ، د ګرافین پراخه کولو وړ بریښنایی توکو لپاره نوی امکان ښیې.
(A) د LED چلولو لپاره د ټرانزیسټر سرکټ. GND، ځمکه. (B) د 0% فشار سره د اوږدیدو وړ او شفاف ټول کاربن ټرانزیسټر عکس د شنه LED پورته پورته ایښودل شوی. (C) د ټول کاربن شفاف او پراخیدونکي ټرانزیسټر د LED بدلولو لپاره کارول کیږي د LED پورته په 0٪ (کیڼ اړخ) او ~ 100٪ فشار (ښي) کې نصب شوی. سپینې تیرونه په وسیله کې د ژیړ مارکرونو په توګه اشاره کوي ترڅو وښيي چې د واټن بدلون پراخ شوی. (D) د غځیدلي ټرانزیسټر اړخ لید ، د LED سره په ایلیسټومر کې فشار شوی.
په پایله کې، موږ یو شفاف کنډکټیک ګرافین جوړښت رامینځته کړی چې د لوی فشارونو لاندې د پراخیدونکي الکترودونو په توګه لوړ چلونکي ساتي، د ګرافین نانوسکرولونو لخوا د ګرافین پرتونو په مینځ کې فعال شوي. دا دوه او درې اړخیز MGG الکترود جوړښتونه په ایلسټومر کې کولی شي په ترتیب سره د دوی د 0٪ فشار کنټرول 21 او 65٪ وساتي تر 100٪ پورې لوړ فشار کې ، د عادي مونویلیر ګرافین الیکټروډونو لپاره په 5٪ فشار کې د بشپړ چلونکي له لاسه ورکولو په پرتله. . د ګرافین سکرولونو اضافي چلونکي لارې او همدارنګه د لیږد شوي پرتونو ترمینځ ضعیف تعامل د فشار لاندې د غوره چلونکي ثبات سره مرسته کوي. موږ د دې ګرافین جوړښت نور هم پلي کړ ترڅو ټول کاربن پراخیدونکي ټرانزیسټرونه جوړ کړي. تر دې دمه ، دا ترټولو پراخه وړ ګرافین میشته ټرانزیسټر دی چې د بکس کولو کارولو پرته د غوره شفافیت سره. که څه هم اوسنۍ څیړنه د ګرافین وړ وړ بریښنایی توکو لپاره ترسره شوې وه ، موږ باور لرو چې دا طریقه د 2D بریښنایی توزیع کولو وړ کولو لپاره نورو 2D موادو ته هم غزیدلی شي.
په لویه ساحه کې CVD ګرافین په تعلیق شوي Cu foils (99.999%; Alfa Aesar) کې د 0.5 mtorr دوامداره فشار لاندې د 50-SCCM (معیاري مکعب سانتي مترو په یوه دقیقه کې) CH4 او 20-SCCM H2 په 1000°C کې د مخکینۍ په توګه کرل شوي. د Cu ورق دواړه خواوې د monolayer ګرافین پواسطه پوښل شوي. د PMMA یو پتلی طبقه (2000 rpm؛ A4، مایکرو کیم) د Cu ورق په یوه اړخ کې سپین پوښل شوی و، چې د PMMA/G/Cu ورق/G جوړښت جوړوي. وروسته، ټول فلم په 0.1 M امونیم پرسلفیټ [(NH4) 2S2O8] محلول کې د شاوخوا 2 ساعتونو لپاره ډوب شو ترڅو د Cu ورق لرې شي. د دې پروسې په جریان کې، غیر خوندي شوي شاته ګرافین لومړی د دانې سرحدونو سره وخوځاوه او بیا د سطحې فشار له امله په طومارونو کې پورته شو. طومارونه د PMMA ملاتړ شوي پورتنۍ ګرافین فلم سره وصل شوي، چې د PMMA/G/G سکرولونه جوړوي. فلمونه وروسته څو ځله په ډیونیز شوي اوبو کې مینځل شوي او په نښه شوي سبسټریټ کې ایښودل شوي ، لکه یو سخت SiO2/Si یا پلاستيکي سبسټریټ. هرڅومره ژر چې ضمیمه شوی فلم په سبسټریټ کې وچ شي ، نمونه په ترتیب سره په اسیټون ، 1:1 acetone/IPA (isopropyl الکول) او IPA د 30s لپاره د PMMA لرې کولو لپاره په ترتیب سره لمده شي. فلمونه د 15 دقیقو لپاره په 100 درجې سانتي ګراد کې تودوخه شوي یا د شپې په اوږدو کې په خلا کې ساتل شوي ترڅو په بشپړه توګه بندې شوې اوبه لرې کړي مخکې لدې چې د G/G سکرول بل پرت په هغې کې ولیږدول شي. دا ګام د سبسټریټ څخه د ګرافین فلم د جلا کیدو مخنیوي لپاره و او د PMMA کیریر پرت خوشې کولو پرمهال د MGGs بشپړ پوښښ ډاډمن کول و.
د MGG جوړښت مورفولوژي د نظری مایکروسکوپ (Leica) او سکین کولو الکترون مایکروسکوپ (1 kV؛ FEI) په کارولو سره مشاهده شوې. د اټومي ځواک مایکروسکوپ (نانوسکوپ III، ډیجیټل وسیله) د ټاپینګ حالت کې د G سکرولونو توضیحاتو مشاهده کولو لپاره کار شوی. د فلم شفافیت د الټرا وایلیټ لیدل شوي سپیکٹرومیټر (Agilent Cary 6000i) لخوا ازمول شوی. د ازموینو لپاره کله چې فشار د اوسني جریان په عمودي سمت کې و، فوټولیتوګرافي او O2 پلازما د ګرافین جوړښتونو په پټو (~ 300 μm پراخه او ~ 2000 μm اوږد) کې د نمونې کولو لپاره کارول شوي وو، او Au (50 nm) الکترودونه په تودوخې توګه زیرمه شوي وو. د اوږد اړخ په دواړو سرونو کې د سیوري ماسکونه. بیا د ګرافین پټې د SEBS elastomer (~ 2 cm پراخ او ~ 5 cm اوږد) سره په تماس کې شوې، د پټو اوږد محور د SEBS لنډ اړخ ته موازي سره او ورپسې BOE (بفر شوي اکسایډ ایچ) (HF:H2O) 1:6) د بریښنایی اړیکو په توګه ایچنګ او یوټیکیک ګالیم انډیم (EGaIn). د موازي فشار ازموینې لپاره، بې نمونه ګرافین جوړښت es (~ 5 × 10 mm) د SEBS سبسټریټ ته لیږدول شوي، د اوږد محورونو سره د SEBS سبسټریټ اوږد اړخ ته موازي. د دواړو قضیو لپاره، ټول G (پرته له G سکرولونو)/SEBS په لاسي وسایلو کې د ایلیسټومر اوږد اړخ ته غځول شوی و، او په دې حالت کې، موږ د سیمی کنډکټر شنونکي (کییتلي 4200) په مرسته په تحقیقاتي سټیشن کې د فشار لاندې د دوی مقاومت بدلونونه اندازه کړل. -SCS).
په یو لچک لرونکي سبسټریټ کې خورا پراخه او شفاف ټول کاربن ټرانزیسټرونه د لاندې پروسیجرونو لخوا جوړ شوي ترڅو د پولیمر ډایالټریک او سبسټریټ عضوي محلول زیان مخه ونیسي. د MGG جوړښتونه SEBS ته د دروازې الیکټروډونو په توګه لیږدول شوي. د یونیفورم پتلی فلم پولیمر ډیالټریک پرت (2 μm ضخامت) ترلاسه کولو لپاره ، د SEBS تولیون (80 mg/ml) محلول په octadecyltrichlorosilane (OTS) – ترمیم شوي SiO2/Si سبسټریټ کې په 1000 rpm کې د 1 دقیقو لپاره سپن پوښل شوی و. پتلی ډایالټریک فلم په اسانۍ سره د هایدروفوبیک OTS سطح څخه د SEBS سبسټریټ ته لیږدول کیدی شي لکه څنګه چې چمتو شوي ګرافین پوښل شوي. یو کپیسیټر د مایع فلز (EGaIn؛ Sigma-Aldrich) پورتنۍ الیکټروډ په زیرمه کولو سره رامینځته کیدی شي ترڅو د LCR (Inductance, capacitance, resistance) میټر (Agilent) په کارولو سره د فشار د فعالیت په توګه ظرفیت مشخص کړي. د ټرانزیسټر بله برخه د پولیمر ترتیب شوي سیمی کنډکټینګ CNTs څخه جوړه وه ، د هغه پروسیجرونو تعقیب چې دمخه راپور شوي (53). نمونه شوي منبع/درن الکترودونه په سخت SiO2/Si سبسټریټونو کې جوړ شوي. وروسته، دوه برخې، dielectric/G/SEBS او CNTs/نقشې G/SiO2/Si، یو بل ته لامینټ شوي، او په BOE کې لندبل شوي ترڅو سخت SiO2/Si سبسټریټ لرې کړي. په دې توګه، په بشپړه توګه شفاف او د پراخیدو وړ ټرانزیسټرونه جوړ شوي. د فشار لاندې بریښنایی ازموینه د پورته ذکر شوي میتود په توګه په لاسي پراخه کولو ترتیب کې ترسره شوې.
د دې مقالې لپاره اضافي مواد په http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 کې شتون لري
انځر S1. په SiO2/Si substrates کې د monolayer MGG نظری مایکروسکوپي انځورونه په مختلفو میګنیفیکیشنونو کې.
انځر S4. د دوه تحقیقاتي شیټ مقاومتونو او لیږدونو پرتله @ 550 nm مونو-، دوه- او درې اړخیزه ساده ګرافین (تور مربع)، MGG (سور حلقې)، او CNTs (نیلي مثلث).
انځر S7. د mono- او bilayer MGGs (تور) او G (سرخ) د ~1000 سایکلیک فشار لاندې په ترتیب سره تر 40 او 90٪ موازي فشار پورې د بار کولو مقاومت نورمال شوي.
انځر S10. د فشار وروسته په SEBS ایلیسټومر کې د ټرایلیر MGG SEM عکس ، د څو درزونو په اوږدو کې اوږد سکرول ښیي.
انځر S12. په 20٪ فشار کې په خورا پتلي SEBS ایلیسټومر کې د ټرایلیر MGG AFM عکس ، ښیي چې یو سکرول د درز څخه تیر شوی.
جدول S1. د بیلیر MGG – واحد دیوال کاربن نانوټیوب ټرانزیسټرونو حرکتونه د فشار دمخه او وروسته د مختلف چینل اوږدوالی کې.
دا د خلاص لاسرسي مقاله ده چې د کریټیو کامنز انتساب - غیر سوداګریز جواز شرایطو لاندې توزیع شوې ، کوم چې په هره وسیله کې د کارولو ، توزیع او بیا تولید اجازه ورکوي ، تر هغه چې پایله یې د سوداګریزې ګټې لپاره نه وي او په دې شرط چې اصلي کار په سمه توګه وي. حواله شوی
یادونه: موږ یوازې ستاسو د بریښنالیک آدرس غوښتنه کوو ترڅو هغه څوک چې تاسو یې پاڼه وړاندیز کوئ پوه شي چې تاسو غواړئ دوی یې وګورئ، او دا چې دا بې ځایه بریښنالیک نه دی. موږ هیڅ بریښنالیک آدرس نه اخلو.
دا پوښتنه د ازموینې لپاره ده چې ایا تاسو د انسان لیدونکي یاست او د اتوماتیک سپیم سپارلو مخه ونیسئ.
د نان لیو لخوا، الیکس چورتوس، ټینګ لی، لیهوا جین، تاهو رای کیم، وان-ګیو بای، چنکسین ژو، سیهانګ وانګ، رافیل فاټینر، ژیان چن، رابرټ سنکلیر، ژینان باو
د نان لیو لخوا، الیکس چورتوس، ټینګ لی، لیهوا جین، تاهو رای کیم، وان-ګیو بای، چنکسین ژو، سیهانګ وانګ، رافیل فاټینر، ژیان چن، رابرټ سنکلیر، ژینان باو
© 2021 د ساینس د پرمختګ لپاره امریکایی ټولنه. ټول حقونه خوندي دي. AAAS د HINARI، AGORA، OARE، CHORUS، CLOCKSS، CrossRef او COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 شریک دی.