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 ستونزمن کوي ​​​​چې د پراخیدونکي 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 سټکیډ 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 د پارکولینګ شبکه ساتي چې په لوړ فشارونو کې یې غوره چالکتیا فعاله کړې.په ایلسټومرونو کې ملاتړ شوي Trilayer MGGs د دوی اصلي چال چلن 65٪ په 100٪ فشار کې ساتلی ، کوم چې د اوسني جریان سمت ته عمودي دی ، پداسې حال کې چې د نانوسکرول پرته د ګرافین تری لییر فلمونه د دوی پیل شوي چال چلن یوازې 25٪ ساتي.د پراخیدونکي ټول کاربن ټرانزیسټر د MGGs په توګه د الکترودونو په توګه جوړ شوی د 90٪> لیږد ښودل شوی 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 پراخه کولو وړ آپټو الیکترونیک فعال کړي.
د پراخیدونکي شفاف برقیات یو مخ پر ودې 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 په کوچنیو فشارونو کې د کریک کولو تمایل لخوا منع شوي.د ګرافین میخانیکي محدودیتونو باندې بریالي کول کولی شي د پراخیدو وړ شفاف 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 چلښت حتی د 0.8 ملي میتر (8) په اندازه د منحني وړ 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 توکي د یو اړخیز (1D) سپینو زرو نانوویرونو یا کاربن نانوټوبونو (CNTs) (9-11) سره رامینځته کړي.سربیره پردې، ګرافین د مخلوط ابعادي هیټروسټرکچر سیمیکمډکټرونو (لکه د 2D بلک سی، 1D نانووایرز/نانوټیوبس، او 0D کوانټم نقطو) (12)، انعطاف وړ ټرانزیسټرونو، لمریز حجرو، او د رڼا جذبونکي ډایډونو (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) لچکدار سبسټریټ ته لیږدول شوي CVD ګرافین کولی شي یوازې د 6٪ فشار (8) څخه کم خپل چالکتیا وساتي.تیوریکي محاسبه ښیي چې د مختلفو طبقو تر مینځ ټوټه کول او تعامل باید په ټینګه سره سختۍ کم کړي (26).د ګرافین په څو پرتونو کې د سټیک کولو سره، 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 لا تر اوسه د عصري پراخه کولو وړ سی انډکټرونو څخه د پام وړ ټیټ دی (28، 29).
ټرانزیسټرونه د اوږدیدو وړ غوښتنلیکونو کې مهم دي ځکه چې دوی پیچلي سینسر لوستل او د سیګنال تحلیل وړوي (30, 31).په PDMS کې ټرانزیسټرونه د ملټي لیر 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 غزیدلی شي.په هرصورت، دا طریقه تعلیق شوي ګرافین ته اړتیا لري، کوم چې د جوړولو پروسه پیچلې کوي.
دلته، موږ د ګرافین پرتونو په منځ کې د ګرافین سکرولونو (~ 1 څخه تر 20 μm اوږد، ~ 0.1 څخه تر 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 په 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 سټرچ ایبل الیکټروډ (سرچینه/درېن او دروازې) او سیمی کنډکټینګ CNTs په کارولو سره ، موږ وکولی شو خورا شفاف او خورا پراخه ټول کاربن ټرانزیسټرونه وښیو چې تر 120 پورې 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 الیکټروډونه 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 دواړه خواو ته 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 پوښو ترڅو د ګرافین یو اړخ خوندي کړي، کوم چې موږ د ټاپ سایډ ګرافین نوم ورکړو (د ګرافین بل اړخ ته برعکس)، او 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 یو اینچنټ ته اجازه ورکوي چې له لارې ننوځي (36, 37).لکه څنګه چې په انځور کې ښودل شوي. 1A، د سطحې تاو تریخوالي لاندې، خوشې شوي ګرافین ډومینونه په سکرولونو کې راوتلي او وروسته د پاتې ټاپ-G/PMMA فلم سره نښلول شوي.ټاپ-G/G سکرولونه په هر سبسټریټ کې لیږدول کیدی شي، لکه SiO2/Si، شیشې، یا نرم پولیمر.په ورته سبسټریټ کې د دې 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، په خپل سري شکلونو کې راوتلی، او په پورتنیو فلمونو کې په کلکه سره نښلول شوی، د نانو سکرول جوړوي.څلورم کارټون د سټیک شوي MGG جوړښت انځوروي.(B او C) د monolayer MGG د لوړ ریزولوشن TEM ځانګړتیاوې، په ترتیب سره د مونویلیر ګرافین (B) او سکرول (C) سیمې تمرکز کوي.د (B) انسیټ د ټیټ میګنیفیکیشن عکس دی چې په TEM گرډ کې د monolayer MGGs عمومي مورفولوژي ښیې.د (C) انسیتونه 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 ګرافیتیک 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) نظری مایکروسکوپي او د AFM عکسونه د 300-nm-نقطه 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 مونویلیر 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 ډیری سټیکونو په شتون کې ښکاري (1B انځور).په یو انفرادي کتابچه کې په زوم کولو سره (انځور 1C)، موږ د ګرافین جالیز کنډکونو لوی مقدار ولید، د جالی فاصله د 0.34 څخه تر 0.41 nm پورې.دا اندازه کول وړاندیز کوي چې فلیکس په تصادفي ډول پورته کیږي او کامل ګرافیټ ندي ، کوم چې د "ABAB" پرت سټکینګ کې د 0.34 nm جالی فاصله لري.شکل 1D د کاربن K-edge EEL سپیکٹرم ښیي، چیرې چې په 285 eV کې لوړوالی د π* مدار 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 حاکمیت 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 ښیې.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- پراخې 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 په لیږد کې یوازې 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 ترټولو غوره چلند لري.په ادبیاتو کې د راپور شوي ګرافین نورو سرچینو سره پرتله کولو لپاره، موږ د څلور تحقیقاتي شیټ مقاومت (انځر S5) اندازه هم کړې او په 2A کې یې په 550 nm (انځر S6) کې د لیږد فعالیت په توګه لیست کړي.MGG په مصنوعي ډول سټک شوي ملټيلا یر ساده ګرافین او کم شوي ګرافین آکسایډ (RGO) (6, 8, 18).په یاد ولرئ چې د ادبیاتو څخه د مصنوعي سټک 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-، بایو- 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 مختلف 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 بایلیر G (سور) او MGG (تور) د سایکلیک فشار لاندې نورمال شوي 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-پوړ SEBS دی.
د MGG د فشار پورې تړلي فعالیت ارزولو لپاره، موږ ګرافین د ترموپلاستیک ایلسټومر سټیرین-ایتیلین-بوټاډین-سټرین (SEBS) سبسټریټ (~ 2 سانتي متره پراخ او ~ 5 سانتي متره اوږد) ته لیږدولو، او چالکتیا 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 مثال 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 زیات کړی.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 سایکل چلولو پرمهال د MGG پټو خورا 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 الیکٹروډونو 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 زغملو په اړه د 1D ګرافین سکرول رول نور تحقیق کولو لپاره او د ګرافین پرتونو ترمینځ د جلا کولو غوره کنټرول لپاره ، 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 څیړلې.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 لیدلو لپاره، موږ د AFM اندازه په درې اړخیزه MGGs او ساده ګرافین باندې راټوله کړه وروسته له دې چې په خورا پتلي (~ 0.1 ملي متر 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 مونویلیر ګرافین په پرتله کم دی، کوم چې د MGGs لپاره د بریښنا 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 کې لیبل شوی، د MGG په درې اړخیزه برخه کې یو پراخ طومار تیر شوی، مګر په ساده ګرافین کې هیڅ سکرول نه لیدل کیږي (4، E ته H).په ورته ډول، CNTs هم په ګرافین کې درزونه پلې کوي (انځر S11).د کریک ساحې کثافت، د سکرول ساحې کثافت، او د فلمونو خرابوالی په شکل 4K کې لنډیز شوي.
(A څخه تر H) په حالت کې د AFM د ټرایلیر G/G سکرولونو (A to D) او د ټرای لیر G جوړښتونو (E to H) عکسونه په 0, 20, 60, او 100 کې په خورا پتلي SEBS (~ 0.1 ملي میتر ضخامت) elastomer کې % فشارنمایشي 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 څخه کار اخلي لکه څنګه 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 (سرخ 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 درز شوي سیمې پلې کړي، د پارکولینګ شبکه ساتي.د ګرافین طومارونه د پام وړ 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.سربیره پردې ، ځکه چې سکرولونه د ګرافین څو پوړونو څخه جوړ دي ، دوی تمه کیږي ټیټ مقاومت ولري.د پرتله کولو 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، په داسې حال کې چې ګرافین د فشار د ځای په ځای کولو لپاره د غځولو په وخت کې درزونه کوي، سکرولونه درز نه کوي، 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 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 عرض لري او دا چې د G/G سکرولونه د CNTs په پرتله خورا لوی تماس ځای 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 مقایسه کیږي ، په پایله کې د متوسط ​​سخت ټاپو اغیزې رامینځته کیږي.موږ د SEBS سبسټریټ کې د 1-nm-پوړ ګرافین تخریب انډول کړی (د جزیاتو لپاره اضافي توکي وګورئ).د سمولو پایلو له مخې، کله چې 20٪ فشار د SEBS سبسټریټ په بهر کې تطبیق شي، په ګرافین کې اوسط فشار ~ 6.6٪ دی (انځور. 4J او انځور. 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 په 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 ټاپوګانې رامینځته کوي.
له همدې امله، د MGG الکترودونو وړتیا د لوړ فشار لاندې د لوړ چلونکي ساتلو لپاره احتمال د دوه لوی میکانیزمونو لخوا فعاله شوې: (i) سکرول کولی شي منحل شوې سیمې پلې کړي ترڅو د کنډکټر پارکولیشن لاره وساتي، او (ii) څو پرتې ګرافین شیټونه/الاستومر کیدای شي سلایډ شي. په یو بل باندې، په پایله کې د ګرافین الکترودونو فشار کم شوی.په ایلسټومر کې د لیږدول 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 پرتونو خړپړتیا هم زیاته کړې، کوم چې ممکن د ګرافین پرتونو تر مینځ 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 شوي.زموږ په قضیه کې، ټول کاربن ټرانزیسټرونه د لاندې ګرافین دروازې په کارولو سره جوړ شوي، د پورتنۍ ګرافین سرچینې/درېن تماس، یو ترتیب شوي CNT سیمیکمډکټر، او SEBS د ډایالټریک په توګه (انځور 5A).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 په څیر د شیټ مقاومت ترلاسه کولو لپاره ټیټ نظری لیږدونه (انځور S4).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 کچه د آن او بند جریانونو 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 میشته ټرانزیسټر لیږد او محصول منحني.(E او F) د لیږد منحنی منحنی، آن او بند اوسنی، آن/بند نسبت، او د ګرافین پر بنسټ 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، حرکت په دوامداره توګه د 5.6 cm2/Vs څخه په 0٪ فشار کې 2.5 cm2/Vs ته په 120٪ فشار کې کم شوی (انځور 5F).موږ د مختلف چینل اوږدوالی لپاره د ټرانزیسټر فعالیت هم پرتله کړ (جدول S1 وګورئ).د پام وړ، د 105٪ په اندازه لوی فشار کې، دا ټول ټرانزیسټرونه لاهم د لوړ / بند تناسب (>103) او حرکت (>3 cm2/Vs) ښودل شوي.برسېره پردې، موږ د کاربن ټرانزیسټرونو ټول وروستي کارونه لنډیز کړل (جدول S2 وګورئ) (47-52).په ایلسټومرونو 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 آله 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.(ب) 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 څخه پورته په 0٪ (کیڼ طرف) 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 چلونکي ګرافین جوړښت رامینځته کړی چې د لویو فشارونو لاندې د پراخیدونکي الکترودونو په توګه لوړ چلونکي ساتي، د ګرافین نانوسکرولونو لخوا د سټیک شوي ګرافین پرتونو ترمنځ فعال شوي.دا دوه او درې اړخیز MGG الکترود جوړښتونه په ایلسټومر کې کولی شي په ترتیب سره 21 او 65٪ وساتي، د دوی 0٪ فشار 100٪ 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 مطالعه د ګرافین وړ وړ بریښنایی توکو لپاره ترسره شوې ، موږ باور لرو چې دا طریقه نورو 2D موادو ته هم وغځول شي ترڅو د اوږدیدو وړ 2D برقیاتو وړ کړي.
د لویې ساحې CVD ګرافین په تعلیق شوي Cu ورقونو (99.999٪؛ الفا ایسر) کې د 0.5 مترو په دوامداره فشار لاندې د 50-SCCM (معیاري مکعب سانتي مترو په یوه دقیقه کې) CH4 او 20-SCCM H2 په 1000°C کې د مخکیني 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 محافظت 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 (آیسوپروپیل الکول) او IPA د 30s لپاره د PMMA لرې کولو لپاره په ترتیب سره لمده کیږي.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 بشپړ ډول بندې 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 الیسټومر (~ 2 سانتي متره پراخ او ~ 5 سانتي متره اوږد) سره په تماس کې شوې ، د پټو اوږد محور د SEBS لنډ اړخ ته موازي او ورپسې د BOE (بفر شوي آکسایډ ایچ) (HF:H2O) سره. 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 د تحقیقاتو 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 ډایالټریک 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 سپین 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 کاپسیټر 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 شوې سرچینه/درېن الکترودونه په سخت SiO2/Si سبسټریټ 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
اينځر.S1.په SiO2/Si substrates کې د monolayer MGG نظری مایکروسکوپي انځورونه په مختلفو میګنیفیکیشنونو کې.
اينځر.S4.د دوه تحقیقاتي شیټ مقاومتونو او لیږدونو پرتله @ 550 nm مونو-، دوه- او درې اړخیز ساده ګرافین (تور مربع)، MGG (سور حلقې)، او CNTs (نیلي مثلث).
اينځر.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 بارولو لپاره نورمال شوي مقاومت بدلون.
اينځر.S10.د فشار وروسته په SEBS ایلیسټومر کې د ټرایلیر MGG SEM عکس ، د څو درزونو په اوږدو کې اوږد سکرول ښیي.
اينځر.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 لاسرسۍ مقاله ده چې د کریټیو کامنز انتساب - غیر سوداګریز جواز شرایطو لاندې توزیع شوې ، کوم چې په هر وسیله کارولو ، توزیع او بیا تولید ته 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 کاره 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، چینسین ژو، سیهانګ وانګ، رافیل فاټینر، ژیوان چن، رابرټ سنکلیر، ژینان باو
د نان لیو لخوا، الیکس چورتوس، ټینګ لی، لیهوا جین، تاهو رای کیم، وان-ګیو بای، چینسین ژو، سیهانګ وانګ، رافیل فاټینر، ژیوان 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.