Գերթափանցիկ և ձգվող գրաֆենային էլեկտրոդներ

Երկչափ նյութերը, ինչպիսին է գրաֆենը, գրավիչ են ինչպես ավանդական կիսահաղորդչային կիրառությունների, այնպես էլ ճկուն էլեկտրոնիկայի նորաստեղծ կիրառությունների համար: Այնուամենայնիվ, գրաֆենի բարձր ձգման ամրությունը հանգեցնում է կոտրման ցածր լարվածության դեպքում, ինչը դժվարացնում է դրա արտասովոր էլեկտրոնային հատկություններից օգտվելը ձգվող էլեկտրոնիկայում: Թափանցիկ գրաֆենային հաղորդիչների լարվածությունից կախված գերազանց աշխատանքն ապահովելու համար մենք ստեղծել ենք գրաֆենի նանոգլաններ դարսված գրաֆենի շերտերի միջև, որոնք կոչվում են բազմաշերտ գրաֆեն/գրաֆենային գլաններ (ԲԳԳ): Լարվածության տակ որոշ գլաններ կամուրջ են դարձրել գրաֆենի մասնատված տիրույթները՝ պահպանելու համար ներծծվող ցանց, որը հնարավորություն է տվել գերազանց հաղորդունակություն ունենալ բարձր լարվածությունների դեպքում: Էլաստոմերների վրա հիմնված եռաշերտ ԲԳԳ-ները պահպանել են իրենց սկզբնական հաղորդունակության 65%-ը 100% լարվածության դեպքում, որը ուղղահայաց է հոսանքի հոսքի ուղղությանը, մինչդեռ նանոգլաններ չունեցող գրաֆենի եռաշերտ թաղանթները պահպանել են իրենց սկզբնական հաղորդունակության միայն 25%-ը: ՄԳԳ-ները որպես էլեկտրոդներ օգտագործելով պատրաստված ձգվող, ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորը ցուցաբերել է >90% թափանցելիություն և պահպանել է իր սկզբնական հոսանքի 60%-ը 120% լարվածության դեպքում (լիցքի տեղափոխման ուղղությանը զուգահեռ): Այս բարձր ձգվող և թափանցիկ, ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորները կարող են հնարավորություն տալ ստեղծել բարդ ձգվող օպտոէլեկտրոնիկա:
Ձգվող թափանցիկ էլեկտրոնիկան զարգացող ոլորտ է, որն ունի կարևոր կիրառություններ առաջադեմ կենսաինտեգրված համակարգերում (1, 2), ինչպես նաև ձգվող օպտոէլեկտրոնիկայի հետ ինտեգրվելու ներուժ (3, 4)՝ բարդ փափուկ ռոբոտաշինություն և էկրաններ ստեղծելու համար: Գրաֆենը ցուցաբերում է ատոմային հաստության, բարձր թափանցիկության և բարձր հաղորդունակության խիստ ցանկալի հատկություններ, սակայն դրա կիրառումը ձգվող կիրառություններում խոչընդոտվել է փոքր լարվածությունների դեպքում ճաքելու հակվածության պատճառով: Գրաֆենի մեխանիկական սահմանափակումների հաղթահարումը կարող է նոր ֆունկցիոնալություն ստեղծել ձգվող թափանցիկ սարքերում:
Գրաֆենի եզակի հատկությունները այն դարձնում են թափանցիկ հաղորդիչ էլեկտրոդների հաջորդ սերնդի հզոր թեկնածու (5, 6): Ամենատարածված թափանցիկ հաղորդչի՝ ինդիումի անագի օքսիդի [ITO; 100 օհմ/քառակուսի (քառակուսի) դեպքում 90% թափանցիկության դեպքում] համեմատած, քիմիական գոլորշու նստեցման (CVD) միջոցով աճեցված միաշերտ գրաֆենն ունի թերթային դիմադրության (125 օհմ/քառակուսի) և թափանցիկության (97.4%) նմանատիպ համադրություն (5): Բացի այդ, գրաֆենի թաղանթները ITO-ի համեմատ ունեն արտակարգ ճկունություն (7): Օրինակ, պլաստիկ հիմքի վրա դրա հաղորդունակությունը կարող է պահպանվել նույնիսկ 0.8 մմ-ի չափով կորության շառավղի դեպքում (8): Որպես թափանցիկ ճկուն հաղորդիչ դրա էլեկտրական կատարողականությունը հետագայում բարելավելու համար նախորդ աշխատանքներում մշակվել են գրաֆենի հիբրիդային նյութեր՝ միաչափ (1D) արծաթե նանոհաղորդիչներով կամ ածխածնային նանոխողովակներով (CNT) (9-11): Ավելին, գրաֆենը օգտագործվել է որպես էլեկտրոդներ խառը չափական հետերոկառուցվածքային կիսահաղորդիչների (օրինակ՝ 2D զանգվածային Si, 1D նանոհաղորդալարեր/նանոխողովակներ և 0D քվանտային կետեր) (12), ճկուն տրանզիստորների, արևային մարտկոցների և լույս արձակող դիոդների (LED) համար (13–23):
Չնայած գրաֆենը խոստումնալից արդյունքներ է ցույց տվել ճկուն էլեկտրոնիկայի համար, դրա կիրառումը ձգվող էլեկտրոնիկայում սահմանափակվել է իր մեխանիկական հատկություններով (17, 24, 25). գրաֆենն ունի 340 Ն/մ հարթության մեջ կոշտություն և 0.5 ՏՊա Յունգի մոդուլ (26): Ածխածնի ուժեղ ցանցը չի ապահովում էներգիայի ցրման որևէ մեխանիզմ կիրառվող լարվածության համար և, հետևաբար, հեշտությամբ ճաքում է 5%-ից պակաս լարվածության դեպքում: Օրինակ, պոլիդիմեթիլսիլօքսանի (PDMS) առաձգական հիմքի վրա փոխանցված CVD գրաֆենը կարող է պահպանել իր հաղորդունակությունը միայն 6%-ից պակաս լարվածության դեպքում (8): Տեսական հաշվարկները ցույց են տալիս, որ տարբեր շերտերի միջև կնճռոտումը և փոխազդեցությունը պետք է զգալիորեն նվազեցնեն կոշտությունը (26): Գրաֆենը բազմաշերտ շերտերի մեջ դասավորելով՝ հաղորդվում է, որ այս երկշերտ կամ եռաշերտ գրաֆենը ձգվում է մինչև 30% լարվածություն, ցուցաբերելով դիմադրության փոփոխություն, որը 13 անգամ փոքր է միաշերտ գրաֆենի դիմադրության փոփոխությունից (27): Այնուամենայնիվ, այս ձգվողությունը դեռևս զգալիորեն զիջում է ժամանակակից ձգվող հաղորդիչներին (28, 29):
Տրանզիստորները կարևոր են ձգվող կիրառություններում, քանի որ դրանք հնարավորություն են տալիս կատարել բարդ սենսորային ընթերցում և ազդանշանի վերլուծություն (30, 31): PDMS-ի վրա գտնվող տրանզիստորները, որոնցում որպես աղբյուր/արտահոսող էլեկտրոդներ և ալիքային նյութ օգտագործվում են բազմաշերտ գրաֆեն, կարող են պահպանել էլեկտրական ֆունկցիան մինչև 5% լարվածություն (32), որը զգալիորեն ցածր է կրելի առողջության մոնիթորինգի սենսորների և էլեկտրոնային մաշկի համար պահանջվող նվազագույն արժեքից (~50%) (33, 34): Վերջերս ուսումնասիրվել է գրաֆենային կիրիգամիի մոտեցումը, և հեղուկ էլեկտրոլիտով կառավարվող տրանզիստորը կարող է ձգվել մինչև 240% (35): Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը պահանջում է կախովի գրաֆեն, ինչը բարդացնում է արտադրության գործընթացը:
Այստեղ մենք ստանում ենք բարձր ձգվող գրաֆենային սարքեր՝ գրաֆենի շերտերի միջև տեղադրելով գրաֆենի գլանափաթեթներ (~1-ից 20 մկմ երկարությամբ, ~0.1-ից 1 մկմ լայնությամբ և ~10-ից 100 նմ բարձրությամբ): Մենք ենթադրում ենք, որ այս գրաֆենի գլանափաթեթները կարող են ապահովել հաղորդիչ ուղիներ՝ գրաֆենի թերթերի ճաքերը կամրջելու համար, այդպիսով պահպանելով բարձր հաղորդունակությունը լարվածության տակ: Գրաֆենի գլանափաթեթները լրացուցիչ սինթեզի կամ մշակման կարիք չունեն. դրանք բնականաբար ձևավորվում են թաց փոխանցման գործընթացի ընթացքում: Օգտագործելով բազմաշերտ G/G (գրաֆեն/գրաֆեն) գլանափաթեթներ (MGGs) գրաֆենի ձգվող էլեկտրոդներ (աղբյուր/ջրահեռացում և դարպաս) և կիսահաղորդչային ածխածնային նանոխողակներ, մենք կարողացանք ցուցադրել բարձր թափանցիկություն և բարձր ձգվողություն ունեցող ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորներ, որոնք կարող են ձգվել մինչև 120% լարվածություն (լիցքի տեղափոխման ուղղությանը զուգահեռ) և պահպանել իրենց սկզբնական հոսանքի ելքի 60%-ը: Սա մինչ օրս ամենաձգվող թափանցիկ ածխածնային տրանզիստորն է, և այն ապահովում է բավարար հոսանք անօրգանական LED-ը աշխատեցնելու համար:
Մեծ մակերեսով թափանցիկ ձգվող գրաֆենային էլեկտրոդներ ստեղծելու համար մենք ընտրեցինք CVD-ով աճեցված գրաֆեն Cu փայլաթիթեղի վրա: Cu փայլաթիթեղը կախված էր CVD քվարցային խողովակի կենտրոնում՝ գրաֆենի երկու կողմերից աճեցնելու համար՝ ձևավորելով G/Cu/G կառուցվածքներ: Գրաֆենը փոխանցելու համար մենք նախ պտտեցրինք պոլի(մեթիլ մետակրիլատի) (PMMA) բարակ շերտ՝ գրաֆենի մի կողմը պաշտպանելու համար, որը մենք անվանեցինք վերին գրաֆեն (հակառակը գրաֆենի մյուս կողմի համար), և հետագայում ամբողջ թաղանթը (PMMA/վերին գրաֆեն/Cu/ներքևի գրաֆեն) թրջեցինք (NH4)2S2O8 լուծույթում՝ Cu փայլաթիթեղը փորագրելու համար: Առանց PMMA ծածկույթի ստորին կողմի գրաֆենը անխուսափելիորեն կունենա ճաքեր և թերություններ, որոնք թույլ կտան փորագրողին թափանցել (36, 37): Ինչպես պատկերված է Նկար 1A-ում, մակերեսային լարվածության ազդեցության տակ, ազատված գրաֆենի դոմենները փաթաթվեցին գլանաձև և հետագայում կցվեցին մնացած վերին G/PMMA թաղանթին: Վերին-G/G գլանները կարող են տեղափոխվել ցանկացած հիմքի վրա, ինչպիսիք են SiO2/Si-ն, ապակին կամ փափուկ պոլիմերը: Այս փոխանցման գործընթացը մի քանի անգամ նույն հիմքի վրա կրկնելը տալիս է MGG կառուցվածքներ:
(Ա) MGG-ների՝ որպես ձգվող էլեկտրոդի պատրաստման ընթացակարգի սխեմատիկ պատկերը: Գրաֆենի փոխանցման ընթացքում Cu փայլաթիթեղի վրա գտնվող հետևի գրաֆենը կոտրվել է սահմաններում և արատներում, փաթաթվել է կամայական ձևերի և ամուր կպել վերին թաղանթներին՝ ձևավորելով նանոգլաններ: Չորրորդ մուլտֆիլմը պատկերում է MGG-ի դարսված կառուցվածքը: (Բ և Գ) Միաշերտ MGG-ի բարձր թույլտվությամբ TEM բնութագրումները, որոնք կենտրոնանում են համապատասխանաբար միաշերտ գրաֆենի (Բ) և գլորման (Գ) շրջանի վրա: (Բ) ներդիրը ցածր մեծացման պատկեր է, որը ցույց է տալիս միաշերտ MGG-ների ընդհանուր ձևաբանությունը TEM ցանցի վրա: (Գ) ներդիրները պատկերում նշված ուղղանկյուն վանդակների երկայնքով վերցված ինտենսիվության պրոֆիլներն են, որտեղ ատոմային հարթությունների միջև հեռավորությունները 0.34 և 0.41 նմ են: (Դ) Ածխածնային K-եզրի EEL սպեկտր՝ բնորոշ գրաֆիտային π* և σ* գագաթներով նշված: (Ե) Միաշերտ G/G գլորումների կտրվածքային AFM պատկեր՝ դեղին կետավոր գծի երկայնքով բարձրության պրոֆիլով: (F-ից I) Եռաշերտ G-ի օպտիկական մանրադիտակ և AFM պատկերներ՝ առանց (F և H) և գլանաձևերով (G և I) համապատասխանաբար 300 նմ հաստությամբ SiO2/Si հիմքերի վրա: Ներկայացուցչական գլանաձևերը և կնճռոտումները նշվել են՝ դրանց տարբերությունները ընդգծելու համար:
Հաստատելու համար, որ գլանափաթեթները բնույթով գլորված գրաֆեն են, մենք անցկացրեցինք բարձր թույլտվությամբ փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի (TEM) և էլեկտրոնային էներգիայի կորստի (EEL) սպեկտրոսկոպիայի ուսումնասիրություններ մոնաշերտ վերին-G/G գլանափաթեթային կառուցվածքների վրա: Նկար 1B-ն ցույց է տալիս մոնաշերտ գրաֆենի վեցանկյուն կառուցվածքը, իսկ ներդիրը՝ TEM ցանցի մեկ ածխածնային անցքով ծածկված թաղանթի ընդհանուր ձևաբանությունը: Միաշերտ գրաֆենը ծածկում է ցանցի մեծ մասը, և վեցանկյուն օղակների բազմակի կույտերի առկայության դեպքում հայտնվում են որոշ գրաֆենի փաթիլներ (Նկար 1B): Մեծացնելով առանձին գլանափաթեթը (Նկար 1C), մենք նկատեցինք գրաֆենի ցանցի մեծ քանակությամբ եզրեր, որոնց միջև հեռավորությունը տատանվում է 0.34-ից մինչև 0.41 նմ: Այս չափումները ենթադրում են, որ փաթիլները պատահականորեն գլորված են և կատարյալ գրաֆիտ չեն, որն ունի 0.34 նմ ցանցի հեռավորություն «ABAB» շերտային կույտավորման դեպքում: Նկար 1D-ն ցույց է տալիս ածխածնային K-եզրի էլեկտրամագնիսական էլեկտրոնիկայի սպեկտրը, որտեղ 285 eV-ի գագաթնակետը սկիզբ է առնում π* օրբիտալից, իսկ մյուսը՝ 290 eV-ի շուրջ, պայմանավորված է σ* օրբիտալի անցումով։ Կարելի է տեսնել, որ այս կառուցվածքում գերակշռում է sp2 կապը, ինչը հաստատում է, որ գլանաձևերը խիստ գրաֆիտային են։
Օպտիկական մանրադիտակի և ատոմային ուժային մանրադիտակի (AFM) պատկերները հնարավորություն են տալիս պատկերացում կազմել գրաֆենային նանոգլանների բաշխման մասին MGG-ներում (Նկար 1, E-ից G, և նկար S1 և S2): Գլանները պատահականորեն բաշխված են մակերեսին, և դրանց հարթության մեջ խտությունը համաչափորեն աճում է դարսված շերտերի քանակին: Շատ գլաններ խճճված են հանգույցների մեջ և ցուցաբերում են 10-ից 100 նմ միջակայքում ոչ միատարր բարձրություններ: Դրանք 1-ից 20 մկմ երկարություն և 0.1-ից 1 մկմ լայնություն ունեն՝ կախված իրենց սկզբնական գրաֆենային փաթիլների չափերից: Ինչպես ցույց է տրված նկար 1-ում (H և I), գլանները զգալիորեն ավելի մեծ չափեր ունեն, քան կնճիռները, ինչը հանգեցնում է գրաֆենային շերտերի միջև շատ ավելի կոպիտ միջերեսի:
Էլեկտրական հատկությունները չափելու համար մենք ֆոտոլիտոգրաֆիայի միջոցով նախշավորեցինք գրաֆենային թաղանթներ՝ գլանաձև կառուցվածքներով կամ առանց դրանց, և շերտերի դասավորությամբ՝ 300 մկմ լայնությամբ և 2000 մկմ երկարությամբ շերտերի: Երկու զոնդի դիմադրությունները՝ որպես լարվածության ֆունկցիա, չափվեցին շրջակա միջավայրի պայմաններում: Գլանաձևերի առկայությունը միաշերտ գրաֆենի դիմադրությունը նվազեցրեց 80%-ով՝ թափանցելիության ընդամենը 2.2%-ով նվազմամբ (նկ. S4): Սա հաստատում է, որ նանոգլանաձևերը, որոնք ունեն մինչև 5 × 107 Ա/սմ2 բարձր հոսանքի խտություն (38, 39), շատ դրական էլեկտրական ներդրում են ունենում ՄԳԳ-ներում: Բոլոր միաշերտ, երկշերտ և եռաշերտ պարզ գրաֆենների և ՄԳԳ-ների շարքում եռաշերտ ՄԳԳ-ն ունի լավագույն հաղորդունակությունը՝ գրեթե 90% թափանցիկությամբ: Գրաֆենի այլ աղբյուրների հետ համեմատելու համար, որոնք նշված են գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆենի գրաֆի ...
(A) Չորս զոնդով թերթային դիմադրությունները՝ համեմատած թափանցելիության հետ 550 նմ-ում գրաֆենի մի քանի տեսակների համար, որտեղ սև քառակուսիները նշանակում են մոնո-, երկշերտ և եռաշերտ MGG-ներ։ Կարմիր շրջանակները և կապույտ եռանկյունիները համապատասխանում են բազմաշերտ պարզ գրաֆենին, որը համապատասխանաբար աճել է Cu և Ni-ի վրա՝ Լիի և այլոց (6) և Կիմի և այլոց (8) ուսումնասիրություններից, և հետագայում փոխանցվել SiO2/Si կամ քվարցի վրա։ Իսկ կանաչ եռանկյունիները RGO-ի արժեքներն են՝ տարբեր նվազեցման աստիճաններում՝ Բոնակորսոյի և այլոց (18) ուսումնասիրությունից։ (B և C) Մոնո-, երկշերտ և եռաշերտ MGG-ների և G-ի նորմալացված դիմադրության փոփոխությունը՝ որպես ուղղահայաց (B) և զուգահեռ (C) լարվածության ֆունկցիա՝ հոսանքի հոսքի ուղղությամբ։ (D) Երկշերտ G (կարմիր) և MGG (սև) նորմալացված դիմադրության փոփոխությունը՝ մինչև 50% ուղղահայաց լարվածության դեպքում։ (E) Եռաշերտ G (կարմիր) և MGG (սև) նորմալացված դիմադրության փոփոխությունը՝ մինչև 90% զուգահեռ լարվածության դեպքում։ (Զ) Միաշերտ, երկշերտ և եռաշերտ G-ների, ինչպես նաև երկշերտ և եռաշերտ MGG-ների նորմալացված տարողունակության փոփոխությունը՝ որպես լարվածության ֆունկցիա։ Ներդիրը կոնդենսատորի կառուցվածքն է, որտեղ պոլիմերային հիմքը SEBS-ն է, իսկ պոլիմերային դիէլեկտրիկ շերտը՝ 2 մկմ հաստությամբ SEBS-ը։
MGG-ի լարվածությունից կախված կատարողականը գնահատելու համար մենք գրաֆենը տեղափոխեցինք ջերմապլաստիկ էլաստոմերային ստիրոլ-էթիլեն-բուտադիեն-ստիրոլ (SEBS) հիմքերի վրա (մոտ 2 սմ լայնությամբ և մոտ 5 սմ երկարությամբ), և հաղորդականությունը չափվեց հիմքի ձգման ժամանակ (տե՛ս Նյութեր և մեթոդներ)՝ թե՛ ուղղահայաց, թե՛ զուգահեռ հոսանքի հոսքի ուղղությանը (Նկար 2, Բ և Գ): Լարումից կախված էլեկտրական վարքագիծը բարելավվեց նանոգլանների ներդրմամբ և գրաֆենի շերտերի քանակի աճով: Օրինակ, երբ լարվածությունը ուղղահայաց է հոսանքի հոսքին, միաշերտ գրաֆենի դեպքում գլանների ավելացումը մեծացրեց լարվածությունը էլեկտրական կոտրման ժամանակ 5-ից մինչև 70%: Եռաշերտ գրաֆենի լարվածության նկատմամբ դիմադրողականությունը նույնպես զգալիորեն բարելավվեց միաշերտ գրաֆենի համեմատ: Նանոգլանների դեպքում, 100% ուղղահայաց լարվածության դեպքում, եռաշերտ MGG կառուցվածքի դիմադրությունը մեծացավ ընդամենը 50%-ով՝ համեմատած եռաշերտ գրաֆենի՝ առանց գլանների 300%-ի հետ: Հետազոտվեց դիմադրության փոփոխությունը ցիկլիկ լարվածության բեռի տակ: Համեմատության համար (Նկ. 2D), պարզ երկշերտ գրաֆենային թաղանթի դիմադրությունները մոտ 7.5 անգամ աճել են մոտ 700 ցիկլից հետո՝ 50% ուղղահայաց լարվածության դեպքում, և շարունակել են աճել լարվածության հետ յուրաքանչյուր ցիկլում: Մյուս կողմից, երկշերտ MGG-ի դիմադրությունը մոտ 700 ցիկլից հետո աճել է ընդամենը մոտ 2.5 անգամ: Զուգահեռ ուղղությամբ մինչև 90% լարվածություն կիրառելով՝ եռաշերտ գրաֆենի դիմադրությունը 1000 ցիկլից հետո աճել է մոտ 100 անգամ, մինչդեռ եռաշերտ MGG-ում այն ​​ընդամենը մոտ 8 անգամ է (Նկ. 2E): Ցիկլի արդյունքները ներկայացված են նկար S7-ում: Զուգահեռ լարվածության ուղղությամբ դիմադրության համեմատաբար ավելի արագ աճը պայմանավորված է ճաքերի ուղղվածությամբ, որը ուղղահայաց է հոսանքի հոսքի ուղղությանը: Բեռնման և բեռնաթափման ժամանակ դիմադրության շեղումը լարվածության պատճառով պայմանավորված է SEBS էլաստոմերային հիմքի մածուցիկ-առաձգական վերականգնմամբ: Ցիկլի ընթացքում MGG շերտերի ավելի կայուն դիմադրությունը պայմանավորված է մեծ ոլորունների առկայությամբ, որոնք կարող են կամուրջ կազմել գրաֆենի ճաքած մասերի միջև (ինչպես նկատվել է AFM-ի կողմից), օգնելով պահպանել ներծծման ուղին: Այս երևույթը՝ թափանցող ուղու միջոցով հաղորդունակությունը պահպանելու, նախկինում էլ նկարագրվել է ճաքած մետաղի կամ կիսահաղորդչային թաղանթների համար էլաստոմերային հիմքերի վրա (40, 41):
Այս գրաֆենային թաղանթները որպես ձգվող սարքերում դարպասային էլեկտրոդներ գնահատելու համար մենք գրաֆենի շերտը ծածկեցինք SEBS դիէլեկտրիկ շերտով (2 մկմ հաստությամբ) և վերահսկեցինք դիէլեկտրիկ տարողության փոփոխությունը՝ որպես լարվածության ֆունկցիա (տե՛ս նկար 2F-ը և լրացուցիչ նյութերը՝ մանրամասների համար): Մենք նկատեցինք, որ պարզ միաշերտ և երկշերտ գրաֆենային էլեկտրոդներով տարողությունները արագորեն նվազեցին՝ գրաֆենի հարթության մեջ հաղորդունակության կորստի պատճառով: Ի տարբերություն դրա, MGG-ներով դարպասային տարողությունները, ինչպես նաև պարզ եռաշերտ գրաֆենը, ցույց տվեցին տարողության աճ լարվածության հետ, ինչը սպասելի էր լարվածության հետ դիէլեկտրիկ հաստության նվազման պատճառով: Տարողության սպասվող աճը շատ լավ համընկավ MGG կառուցվածքի հետ (նկ. S8): Սա ցույց է տալիս, որ MGG-ն հարմար է որպես դարպասային էլեկտրոդ ձգվող տրանզիստորների համար:
Էլեկտրահաղորդականության լարվածության դիմադրության վրա 1D գրաֆենային գլանաձև նյութի դերը ավելի խորը ուսումնասիրելու և գրաֆենային շերտերի միջև բաժանումը ավելի լավ վերահսկելու համար մենք օգտագործեցինք ցողացիրով պատված CNT-ներ՝ գրաֆենային գլանաձև նյութը փոխարինելու համար (տե՛ս լրացուցիչ նյութերը): MGG կառուցվածքները ընդօրինակելու համար մենք նստեցրինք CNT-ների երեք խտություն (այսինքն՝ CNT1):
(A-ից C) CNT-ների երեք տարբեր խտությունների AFM պատկերներ (CNT1
Ձգվող էլեկտրոնիկայի համար էլեկտրոդների դերում դրանց կարողությունները ավելի լավ հասկանալու համար մենք համակարգված կերպով ուսումնասիրել ենք MGG և G-CNT-G ձևաբանությունները լարվածության տակ։ Օպտիկական մանրադիտակը և սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակը (SEM) արդյունավետ բնութագրման մեթոդներ չեն, քանի որ երկուսն էլ գունային կոնտրաստի պակաս ունեն, և SEM-ը ենթակա է պատկերի արտեֆակտների էլեկտրոնային սկանավորման ժամանակ, երբ գրաֆենը գտնվում է պոլիմերային հիմքերի վրա (նկ. S9 և S10): Գրաֆենի մակերեսը լարվածության տակ տեղում դիտարկելու համար մենք հավաքեցինք AFM չափումներ եռաշերտ MGG-ների և պարզ գրաֆենի վրա՝ շատ բարակ (~0.1 մմ հաստությամբ) և առաձգական SEBS հիմքերի վրա տեղափոխելուց հետո։ CVD գրաֆենի ներքին արատների և փոխանցման գործընթացի ընթացքում արտաքին վնասների պատճառով լարված գրաֆենի վրա անխուսափելիորեն առաջանում են ճաքեր, և լարվածության աճին զուգընթաց ճաքերը դառնում են ավելի խիտ (նկ. 4, A-ից D): Ածխածնային էլեկտրոդների կուտակման կառուցվածքից կախված՝ ճաքերը ցուցաբերում են տարբեր ձևաբանություններ (նկ. S11) (27): Բազմաշերտ գրաֆենի ճաքի մակերեսի խտությունը (սահմանվում է որպես ճաքի մակերես/վերլուծված մակերես) լարվածությունից հետո ավելի փոքր է, քան միաշերտ գրաֆենինը, ինչը համապատասխանում է MGG-ների էլեկտրահաղորդականության աճին: Մյուս կողմից, հաճախ նկատվում են գլանաձև ոլորումներ, որոնք կամրջում են ճաքերը՝ ապահովելով լրացուցիչ հաղորդիչ ուղիներ լարված թաղանթում: Օրինակ, ինչպես նշված է Նկար 4B-ի պատկերում, լայն գլանաձև ոլորումը հատում է եռաշերտ MGG-ի ճաքը, բայց պարզ գրաֆենում գլանաձև ոլորում չի նկատվել (Նկար 4, E-ից H): Նմանապես, CNT-ները նույնպես կամրջում են գրաֆենի ճաքերը (Նկար S11): Թաղանթների ճաքի մակերեսի խտությունը, գլանաձև մակերեսի խտությունը և կոպտությունը ամփոփված են Նկար 4K-ում:
(A-ից H) Եռաշերտ G/G գլանաձև կառուցվածքների (A-ից D) և եռաշերտ G կառուցվածքների (E-ից H) in situ AFM պատկերներ շատ բարակ SEBS (~0.1 մմ հաստությամբ) առաձգական նյութի վրա՝ 0, 20, 60 և 100% լարվածության դեպքում: Ներկայացուցչական ճաքերը և գլանաձև կառուցվածքները նշված են նետերով: Բոլոր AFM պատկերները գտնվում են 15 մկմ × 15 մկմ տարածքում՝ օգտագործելով նույն գունային սանդղակը, ինչպես նշված է: (I) SEBS հիմքի վրա նախշավոր միաշերտ գրաֆենային էլեկտրոդների մոդելավորման երկրաչափություն: (J) Միաշերտ գրաֆենի և SEBS հիմքի առավելագույն գլխավոր լոգարիթմական լարվածության մոդելավորման ուրվագիծ՝ 20% արտաքին լարվածության դեպքում: (K) Տարբեր գրաֆենային կառուցվածքների ճաքերի մակերեսի խտության (կարմիր սյունակ), գլանաձև մակերեսի խտության (դեղին սյունակ) և մակերեսի կոպտության (կապույտ սյունակ) համեմատություն:
Երբ MGG թաղանթները ձգվում են, կա կարևոր լրացուցիչ մեխանիզմ, որի միջոցով գլանափաթեթները կարող են կամուրջ կազմել գրաֆենի ճաքած հատվածների վրա՝ պահպանելով ներթափանցող ցանց: Գրաֆենի գլանափաթեթները խոստումնալից են, քանի որ դրանք կարող են լինել տասնյակ միկրոմետր երկարությամբ և, հետևաբար, կարող են կամուրջ կազմել ճաքերի համար, որոնք սովորաբար մինչև միկրոմետրային մասշտաբի են: Ավելին, քանի որ գլանափաթեթները բաղկացած են գրաֆենի բազմաշերտ շերտերից, ենթադրվում է, որ դրանք կունենան ցածր դիմադրություն: Համեմատության համար, համեմատաբար խիտ (ցածր թափանցելիությամբ) CNT ցանցերը պահանջվում են համեմատելի հաղորդիչ կամուրջավորման հնարավորություն ապահովելու համար, քանի որ CNT-ները ավելի փոքր են (սովորաբար մի քանի միկրոմետր երկարությամբ) և պակաս հաղորդիչ, քան գլանափաթեթները: Մյուս կողմից, ինչպես ցույց է տրված նկար S12-ում, մինչդեռ գրաֆենը ճաքում է ձգման ժամանակ՝ լարվածությունը հարմարվելու համար, գլանափաթեթները չեն ճաքում, ինչը ցույց է տալիս, որ վերջիններս կարող են սահել հիմքում ընկած գրաֆենի վրա: Դրանց չճաքելու պատճառը, հավանաբար, գրաֆենի բազմաթիվ շերտերից կազմված փաթաթված կառուցվածքն է (~1-ից 20 մկմ երկարությամբ, ~0.1-ից 1 մկմ լայնությամբ և ~10-ից 100 նմ բարձրությամբ), որն ունի ավելի բարձր արդյունավետ մոդուլ, քան միաշերտ գրաֆենը: Ինչպես նշել են Գրինը և Հերսամը (42), մետաղական CNT ցանցերը (1.0 նմ խողովակի տրամագիծ) կարող են հասնել <100 օհմ/քառ. քառ. ցածր շերտային դիմադրությունների՝ չնայած CNT-ների միջև մեծ միացման դիմադրությանը: Հաշվի առնելով, որ մեր գրաֆենային գլանափաթեթներն ունեն 0.1-ից 1 մկմ լայնություն, և որ G/G գլանափաթեթներն ունեն շատ ավելի մեծ շփման մակերեսներ, քան CNT-ները, գրաֆենի և գրաֆենային գլանափաթեթների միջև շփման դիմադրությունը և շփման մակերեսը չպետք է սահմանափակող գործոններ լինեն բարձր հաղորդունակությունը պահպանելու համար:
Գրաֆենն ունի շատ ավելի բարձր մոդուլ, քան SEBS հիմքը։ Չնայած գրաֆենի էլեկտրոդի արդյունավետ հաստությունը շատ ավելի ցածր է, քան հիմքինը, գրաֆենի կոշտության բազմապատկած նրա հաստությունը համեմատելի է հիմքի հետ (43, 44), ինչը հանգեցնում է չափավոր կոշտ կղզու էֆեկտի։ Մենք մոդելավորել ենք 1 նմ հաստությամբ գրաֆենի դեֆորմացիան SEBS հիմքի վրա (մանրամասների համար տե՛ս լրացուցիչ նյութերը)։ Սիմուլյացիայի արդյունքների համաձայն, երբ SEBS հիմքի վրա արտաքինից կիրառվում է 20% լարվածություն, գրաֆենի միջին լարվածությունը կազմում է մոտ 6.6% (Նկար 4J և նկար S13D), ինչը համապատասխանում է փորձարարական դիտարկումներին (տե՛ս նկար S13)։ Մենք համեմատել ենք նախշավոր գրաֆենի և հիմքի շրջանների լարվածությունը՝ օգտագործելով օպտիկական մանրադիտակ և պարզել ենք, որ հիմքի շրջանում լարվածությունը առնվազն երկու անգամ մեծ է գրաֆենի շրջանի լարվածությունից։ Սա ցույց է տալիս, որ գրաֆենի էլեկտրոդների նախշերի վրա կիրառվող լարվածությունը կարող է զգալիորեն սահմանափակվել՝ SEBS-ի վերևում առաջացնելով գրաֆենի կոշտ կղզիներ (26, 43, 44)։
Հետևաբար, MGG էլեկտրոդների բարձր լարվածության տակ բարձր հաղորդունակություն պահպանելու ունակությունը, հավանաբար, հնարավոր է դառնում երկու հիմնական մեխանիզմներով. (i) գլանաձև ոլորանները կարող են կամուրջ կազմել անջատված շրջանների միջև՝ հաղորդիչ պերկոլացիայի ուղին պահպանելու համար, և (ii) բազմաշերտ գրաֆենի թերթերը/առաձգականությունը կարող են սահել միմյանց վրայով, ինչը հանգեցնում է գրաֆենի էլեկտրոդների լարվածության նվազմանը: Էլաստոմերի վրա փոխանցված գրաֆենի բազմակի շերտերի դեպքում շերտերը ամուր կապված չեն միմյանց հետ, ինչը կարող է սահել լարվածության ազդեցության տակ (27): Գլանաձև ոլորանները նաև մեծացրել են գրաֆենի շերտերի կոպտությունը, ինչը կարող է օգնել մեծացնել գրաֆենի շերտերի միջև եղած բաժանումը և, հետևաբար, հնարավորություն տալ գրաֆենի շերտերի սահքին:
Ամբողջությամբ ածխածնային սարքերը մեծ ոգևորությամբ են ուսումնասիրվում՝ ցածր գնի և բարձր թողունակության պատճառով: Մեր դեպքում, ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորները պատրաստվել են՝ օգտագործելով ներքևի գրաֆենային դարպաս, վերին գրաֆենային աղբյուր/ջրահեռացման կոնտակտ, տեսակավորված CNT կիսահաղորդիչ և SEBS՝ որպես դիէլեկտրիկ (Նկար 5Ա): Ինչպես ցույց է տրված Նկար 5Բ-ում, ամբողջությամբ ածխածնային սարքը, որտեղ CNT-ները որպես աղբյուր/ջրահեռացման և դարպասի մաս են կազմում (ներքևի սարք), ավելի անթափանց է, քան գրաֆենային էլեկտրոդներով սարքը (վերին սարք): Դա պայմանավորված է նրանով, որ CNT ցանցերը պահանջում են ավելի մեծ հաստություններ և, հետևաբար, ավելի ցածր օպտիկական թափանցելիություն՝ գրաֆենի նման շերտային դիմադրություններ ստանալու համար (Նկար S4): Նկար 5-ը (C և D) ցույց է տալիս երկշերտ MGG էլեկտրոդներով պատրաստված տրանզիստորի ներկայացուցչական փոխանցման և ելքային կորերը լարվածությունից առաջ: Անլարված տրանզիստորի ալիքի լայնությունը և երկարությունը համապատասխանաբար 800 և 100 մկմ էին: Չափված միացման/անջատման հարաբերակցությունը մեծ է 103-ից՝ միացման և անջատման հոսանքներով համապատասխանաբար 10−5 և 10−8 A մակարդակներում: Ելքային կորը ցուցադրում է իդեալական գծային և հագեցվածության ռեժիմներ՝ դարպասից լարման հստակ կախվածությամբ, ինչը ցույց է տալիս CNT-ների և գրաֆենային էլեկտրոդների միջև իդեալական շփումը (45): Գրաֆենային էլեկտրոդների հետ շփման դիմադրությունը նկատվել է ավելի ցածր, քան գոլորշիացված Au թաղանթի դեպքում (տե՛ս նկար S14): Ձգվող տրանզիստորի հագեցվածության շարժունակությունը կազմում է մոտ 5.6 սմ2/Վվ, նման է նույն պոլիմերային տեսակավորված CNT տրանզիստորների դիմադրությանը կոշտ Si հիմքերի վրա՝ 300 նմ SiO2-ով որպես դիէլեկտրիկ շերտ: Շարժունակության հետագա բարելավումը հնարավոր է օպտիմալացված խողովակի խտության և այլ տեսակի խողովակների միջոցով (46):
(A) Գրաֆենի վրա հիմնված ձգվող տրանզիստորի սխեմա։ SWNT-ներ, միաշերտ ածխածնային նանոխողովակներ։ (B) Գրաֆենի էլեկտրոդներից (վերևում) և CNT էլեկտրոդներից (ներքևում) պատրաստված ձգվող տրանզիստորների լուսանկար։ Թափանցիկության տարբերությունը հստակ նկատելի է։ (C և D) Գրաֆենի վրա հիմնված տրանզիստորի փոխանցման և ելքային կորերը SEBS-ի վրա՝ լարվածությունից առաջ։ (E և F) Փոխանցման կորեր, միացման և անջատման հոսանք, միացման/անջատման հարաբերակցություն և գրաֆենի վրա հիմնված տրանզիստորի շարժունակություն տարբեր լարվածությունների դեպքում։
Երբ թափանցիկ, ամբողջությամբ ածխածնային սարքը ձգվեց լիցքի տեղափոխման ուղղությանը զուգահեռ ուղղությամբ, մինչև 120% լարվածության դեպքում դիտվեց նվազագույն վատթարացում: Ձգման ընթացքում շարժունակությունը անընդհատ նվազել է 5.6 սմ2/Վվ-ից 0% լարվածության դեպքում մինչև 2.5 սմ2/Վվ-՝ 120% լարվածության դեպքում (Նկար 5F): Մենք նաև համեմատել ենք տրանզիստորների աշխատանքը տարբեր ալիքների երկարությունների համար (տե՛ս աղյուսակ S1): Հատկանշական է, որ 105% լարվածության դեպքում այս բոլոր տրանզիստորները դեռևս ցուցաբերում էին բարձր միացման/անջատման հարաբերակցություն (>103) և շարժունակություն (>3 սմ2/Վվ): Բացի այդ, մենք ամփոփել ենք ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորների վերաբերյալ վերջին բոլոր աշխատանքները (տե՛ս աղյուսակ S2) (47–52): Էլաստոմերների վրա սարքի պատրաստումը օպտիմալացնելով և MGG-ները որպես կոնտակտներ օգտագործելով՝ մեր ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորները ցույց են տալիս լավ աշխատանք շարժունակության և հիստերեզի առումով, ինչպես նաև բարձր ձգվողականություն ունեն:
Որպես լիովին թափանցիկ և ձգվող տրանզիստորի կիրառություն, մենք այն օգտագործեցինք լուսադիոդի անջատումը կառավարելու համար (Նկար 6Ա): Ինչպես ցույց է տրված նկար 6Բ-ում, կանաչ լուսադիոդը հստակ երևում է անմիջապես վերևում տեղադրված ձգվող, ամբողջությամբ ածխածնային սարքի միջով: Մինչև ~100% ձգվելիս (Նկար 6, Գ և Դ), լուսադիոդի լույսի ինտենսիվությունը չի փոխվում, ինչը համապատասխանում է վերևում նկարագրված տրանզիստորի աշխատանքին (տե՛ս S1 ֆիլմը): Սա գրաֆենային էլեկտրոդներով պատրաստված ձգվող կառավարման միավորների առաջին զեկույցն է, որը ցույց է տալիս գրաֆենային ձգվող էլեկտրոնիկայի նոր հնարավորություն:
(A) ԼԵԴ-ը աշխատեցնող տրանզիստորի սխեմա։ GND, հողանցում։ (B) Կանաչ ԼԵԴ-ի վերևում տեղադրված ձգվող և թափանցիկ, ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորի լուսանկարը 0% լարվածության դեպքում։ (C) ԼԵԴ-ը միացնելու համար օգտագործվող ամբողջությամբ ածխածնային թափանցիկ և ձգվող տրանզիստորը տեղադրված է ԼԵԴ-ի վերևում՝ 0% (ձախ) և ~100% լարվածության դեպքում (աջ)։ Սպիտակ նետերը ցույց են տալիս սարքի վրա դեղին նշիչները՝ ցույց տալու համար ձգվող հեռավորության փոփոխությունը։ (D) Ձգված տրանզիստորի կողային տեսքը, որտեղ ԼԵԴ-ը մղված է առաձգականության մեջ։
Եզրափակելով՝ մենք մշակել ենք թափանցիկ հաղորդիչ գրաֆենային կառուցվածք, որը պահպանում է բարձր հաղորդականություն մեծ լարվածությունների տակ՝ որպես ձգվող էլեկտրոդներ, ինչը հնարավոր է դարձել գրաֆենային նանոգլանների միջոցով՝ դարսված գրաֆենային շերտերի միջև։ Այս երկշերտ և եռաշերտ MGG էլեկտրոդային կառուցվածքները էլաստոմերի վրա կարող են պահպանել իրենց 0% լարվածության հաղորդականությունից համապատասխանաբար 21% և 65%-ը՝ մինչև 100% լարվածության դեպքում, համեմատած մոնաշերտ գրաֆենային էլեկտրոդների համար 5% լարվածության դեպքում հաղորդականության լրիվ կորստի հետ։ Գրաֆենային գլանների լրացուցիչ հաղորդիչ ուղիները, ինչպես նաև փոխանցված շերտերի միջև թույլ փոխազդեցությունը նպաստում են լարվածության տակ հաղորդականության գերազանց կայունությանը։ Մենք հետագայում կիրառեցինք այս գրաֆենային կառուցվածքը՝ ամբողջությամբ ածխածնային ձգվող տրանզիստորներ ստեղծելու համար։ Մինչ օրս սա ամենաձգվող գրաֆենի վրա հիմնված տրանզիստորն է՝ լավագույն թափանցիկությամբ՝ առանց ծռման օգտագործման։ Չնայած ներկայիս ուսումնասիրությունը կատարվել է ձգվող էլեկտրոնիկայի համար գրաֆեն օգտագործելու համար, մենք կարծում ենք, որ այս մոտեցումը կարող է տարածվել այլ 2D նյութերի վրա՝ ձգվող 2D էլեկտրոնիկա ստեղծելու համար։
Մեծ մակերեսով CVD գրաֆենը աճեցվել է կախովի Cu թիթեղների վրա (99.999%; Alfa Aesar) 0.5 մտոր հաստատուն ճնշման տակ՝ 50–SCCM (ստանդարտ խորանարդ սանտիմետր րոպեում) CH4 և 20–SCCM H2 որպես նախորդներ 1000°C ջերմաստիճանում: Cu ​​թիթեղի երկու կողմերը ծածկվել են միաշերտ գրաֆենով: PMMA-ի բարակ շերտը (2000 պտ/րոպե; A4, Microchem) պտտվող ծածկույթով ծածկվել է Cu թիթեղի մի կողմում՝ ձևավորելով PMMA/G/Cu թիթեղ/G կառուցվածք: Հետագայում ամբողջ թաղանթը մոտ 2 ժամ թրջվել է 0.1 Մ ամոնիումի պերսուլֆատի [(NH4)2S2O8] լուծույթում՝ Cu թիթեղը փորագրելու համար: Այս գործընթացի ընթացքում չպաշտպանված հետևի գրաֆենը նախ պատռվել է հատիկների սահմանների երկայնքով, ապա փաթաթվել է գլանաձև՝ մակերեսային լարվածության պատճառով: Գլանաձևերը ամրացվել են PMMA-ով հենված վերին գրաֆենային թաղանթին՝ ձևավորելով PMMA/G/G գլանաձևեր: Հետագայում թաղանթները մի քանի անգամ լվացվեցին ապաիոնացված ջրով և դրվեցին թիրախային հիմքի վրա, օրինակ՝ կոշտ SiO2/Si կամ պլաստիկ հիմքի վրա: Հենց որ ամրացված թաղանթը չորացավ հիմքի վրա, նմուշը հաջորդաբար թրջվեց ացետոնի, 1:1 ացետոն/IPA (իզոպրոպիլ սպիրտ) և IPA-ի մեջ 30 վայրկյան՝ ՊՄՄԱ-ն հեռացնելու համար: Թաղանթները տաքացվեցին 100°C ջերմաստիճանում 15 րոպե կամ պահվեցին վակուումում գիշերը՝ կուտակված ջուրն ամբողջությամբ հեռացնելու համար, նախքան դրա վրա G/G գլանաձև մեկ այլ շերտ տեղափոխելը: Այս քայլը նպատակ ուներ խուսափել գրաֆենային թաղանթի անջատումից հիմքից և ապահովել MGG-ների լիարժեք ծածկույթ ՊՄՄԱ կրող շերտի անջատման ընթացքում:
MGG կառուցվածքի ձևաբանությունը դիտարկվել է օպտիկական մանրադիտակի (Leica) և սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (1 կՎ; FEI) միջոցով: G գլանների մանրամասները դիտարկելու համար ատոմային ուժային մանրադիտակը (Nanoscope III, Digital Instrument) աշխատել է թակման ռեժիմով: Թաղանթի թափանցիկությունը ստուգվել է ուլտրամանուշակագույն-տեսանելի սպեկտրոմետրով (Agilent Cary 6000i): Փորձարկումների համար, երբ լարվածությունը հոսանքի հոսքի ուղղահայաց ուղղությամբ էր, օգտագործվել է ֆոտոլիտոգրաֆիա և O2 պլազմա՝ գրաֆենային կառուցվածքները շերտերի (~300 մկմ լայնությամբ և ~2000 մկմ երկարությամբ) նախշելու համար, և Au (50 նմ) ​​էլեկտրոդները ջերմային նստեցման են ենթարկվել՝ օգտագործելով ստվերային դիմակներ երկար կողմի երկու ծայրերում: Այնուհետև գրաֆենային շերտերը շփման մեջ են դրվել SEBS էլաստոմերի հետ (~2 սմ լայնությամբ և ~5 սմ երկարությամբ), շերտերի երկար առանցքը զուգահեռ է SEBS-ի կարճ կողմին, որին հաջորդել է BOE (բուֆերային օքսիդային փորագրություն) (HF:H2O 1:6) փորագրությունը և էվտեկտիկ գալիում-ինդիումի (EGaIn) էլեկտրական շփումները: Զուգահեռ լարվածության փորձարկումների համար, SEBS հիմքերի վրա տեղափոխվել են չնախշված գրաֆենային կառուցվածքներ (~5 × 10 մմ), որոնց երկար առանցքները զուգահեռ են SEBS հիմքի երկար կողմին: Երկու դեպքում էլ ամբողջ G (առանց G գլանափաթեթների)/SEBS-ը ձգվել է առաձգականության երկար կողմի երկայնքով ձեռքի սարքում, և տեղում մենք չափել ենք դրանց դիմադրության փոփոխությունները լարվածության տակ՝ կիսահաղորդչային վերլուծիչով զոնդային կայանի վրա (Keithley 4200-SCS):
Բարձր ձգվող և թափանցիկ, ամբողջությամբ ածխածնային տրանզիստորները առաձգական հիմքի վրա պատրաստվել են հետևյալ ընթացակարգերով՝ պոլիմերային դիէլեկտրիկի և հիմքի օրգանական լուծիչի վնասումից խուսափելու համար: MGG կառուցվածքները SEBS-ի վրա տեղափոխվել են որպես դարպասային էլեկտրոդներ: Միատարր բարակ թաղանթային պոլիմերային դիէլեկտրիկ շերտ (2 մկմ հաստությամբ) ստանալու համար SEBS տոլուոլի (80 մգ/մլ) լուծույթը պտտվող ծածկույթով պատվել է օկտադեցիլտրիքլորսիլան (OTS)-ով մոդիֆիկացված SiO2/Si հիմքի վրա 1000 պտ/րոպե արագությամբ 1 րոպեի ընթացքում: Բարակ դիէլեկտրիկ թաղանթը կարող է հեշտությամբ տեղափոխվել հիդրոֆոբ OTS մակերեսից SEBS հիմքի վրա, որը ծածկված է պատրաստված գրաֆենով: Կոնդենսատոր կարելի է պատրաստել՝ հեղուկ մետաղական (EGaIn; Sigma-Aldrich) վերին էլեկտրոդ նստեցնելով՝ տարողունակությունը որպես լարվածության ֆունկցիա որոշելու համար՝ օգտագործելով LCR (ինդուկտիվություն, տարողունակություն, դիմադրություն) չափիչ (Agilent): Տրանզիստորի մյուս մասը բաղկացած էր պոլիմերային տեսակավորված կիսահաղորդչային CNT-ներից՝ հետևելով նախկինում նկարագրված ընթացակարգերին (53): Նախշավոր աղբյուրի/ջրահեռացման էլեկտրոդները պատրաստվել են կոշտ SiO2/Si հիմքերի վրա: Հետագայում, երկու մասերը՝ դիէլեկտրիկ/G/SEBS և CNT/նախշավոր G/SiO2/Si, շերտավորվել են միմյանց վրա և թրջվել BOE-ում՝ կոշտ SiO2/Si հիմքը հեռացնելու համար: Այսպիսով, պատրաստվել են լիովին թափանցիկ և ձգվող տրանզիստորներ: Էլեկտրական փորձարկումը լարվածության տակ կատարվել է ձեռքով ձգվող համակարգի վրա՝ վերը նշված մեթոդով:
Այս հոդվածի լրացուցիչ նյութերը հասանելի են հետևյալ հղումով՝ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
նկ. S1: SiO2/Si հիմքերի վրա մոնոշերտ MGG-ի օպտիկական մանրադիտակային պատկերներ՝ տարբեր մեծացումներով:
նկ. S4: Միաշերտ, երկշերտ և եռաշերտ պարզ գրաֆենի (սև քառակուսիներ), MGG-ի (կարմիր շրջանակներ) և CNT-ների (կապույտ եռանկյունի) երկզոնդային շերտային դիմադրությունների և թափանցելիության համեմատություն @550 նմ:
նկ. S7: Մոնաշերտ և երկշերտ MGG-ների (սև) և G-ի (կարմիր) նորմալացված դիմադրության փոփոխությունը մոտ 1000 ցիկլիկ լարվածության դեպքում՝ համապատասխանաբար մինչև 40% և 90% զուգահեռ լարվածության դեպքում:
նկ. S10: SEBS առաձգական նյութի վրա եռաշերտ MGG-ի SEM պատկերը լարվածությունից հետո, որը ցույց է տալիս մի քանի ճաքերի վրայով երկար գլորված խաչաձև կառուցվածք:
նկ. S12: Եռաշերտ MGG-ի AFM պատկերը շատ բարակ SEBS առաձգական նյութի վրա 20% լարվածության դեպքում, որը ցույց է տալիս, որ գլանաձև ոլորանը հատում է ճաքը։
աղյուսակ S1: Երկշերտ MGG-միաշերտ ածխածնային նանոխողովակային տրանզիստորների շարժունակությունը տարբեր ալիքների երկարություններում լարվածությունից առաջ և հետո։
Սա բաց մուտքի իրավունքով հոդված է, որը տարածվում է Creative Commons Attribution-NonCommercial լիցենզիայի պայմաններով, որը թույլ է տալիս օգտագործել, տարածել և վերարտադրել ցանկացած միջավայրում, քանի դեռ արդյունքում ստացված օգտագործումը առևտրային առավելություն չէ և պայմանով, որ բնօրինակ աշխատանքը պատշաճ կերպով մեջբերված է։
ՆՇՈՒՄ. Մենք խնդրում ենք ձեր էլեկտրոնային փոստի հասցեն միայն այն նպատակով, որ այն անձը, որին դուք խորհուրդ եք տալիս էջը, իմանա, որ դուք ցանկանում եք, որ նա տեսնի այն, և որ դա անցանկալի փոստ չէ: Մենք որևէ էլեկտրոնային փոստի հասցե չենք գրանցում:
Այս հարցը նախատեսված է ստուգելու համար, թե արդյոք դուք մարդ եք, թե ոչ, և ավտոմատ սպամի ուղարկումները կանխելու համար։
Նան Լյուի, Ալեքս Չորտոսի, Տինգ Լեի, Լիհուա Ջինի, Տահո Ռոյ Քիմի, Վոն-Գյու Բայի, Չենսին Չժուի, Սիհոնգ Վանգի, Ռաֆայել Պֆատների, Սիյուան ​​Չենի, Ռոբերտ Սինկլերի, Չենան Բաոյի կողմից:
Նան Լյուի, Ալեքս Չորտոսի, Տինգ Լեի, Լիհուա Ջինի, Տահո Ռոյ Քիմի, Վոն-Գյու Բայի, Չենսին Չժուի, Սիհոնգ Վանգի, Ռաֆայել Պֆատների, Սիյուան ​​Չենի, Ռոբերտ Սինկլերի, Չենան Բաոյի կողմից:
© 2021 Գիտության առաջընթացի ամերիկյան ասոցիացիա: Բոլոր իրավունքները պաշտպանված են: AAAS-ը HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef և COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548-ի գործընկերն է: