अल्ट्रापारदर्शक आणि स्ट्रेचेबल ग्राफीन इलेक्ट्रोड

दोन-आयामी साहित्य, जसे की ग्राफीन, पारंपारिक सेमीकंडक्टर ऍप्लिकेशन्स आणि लवचिक इलेक्ट्रॉनिक्समधील नवीन ऍप्लिकेशन्स दोन्हीसाठी आकर्षक आहेत. तथापि, ग्राफीनच्या उच्च तन्य शक्तीमुळे कमी ताणात फ्रॅक्चर होते, ज्यामुळे स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये त्याच्या असाधारण इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्मांचा फायदा घेणे आव्हानात्मक होते. पारदर्शक ग्राफीन कंडक्टरची उत्कृष्ट स्ट्रेन-अवलंबित कामगिरी सक्षम करण्यासाठी, आम्ही स्टॅक केलेल्या ग्राफीन स्तरांदरम्यान ग्राफीन नॅनोस्क्रोल तयार केले, ज्याला मल्टीलेयर ग्राफीन/ग्रॅफीन स्क्रोल (MGGs) म्हणून संबोधले जाते. ताणतणावाखाली, काही स्क्रोलने ग्रॅफीनच्या खंडित डोमेन्सना एक परकोलेटिंग नेटवर्क राखण्यासाठी ब्रिज केले ज्याने उच्च ताणांवर उत्कृष्ट चालकता सक्षम केली. इलास्टोमर्सवर समर्थित ट्रायलेयर MGGs ने 100% स्ट्रेनवर त्यांचे मूळ प्रवाहकत्व 65% टिकवून ठेवले, जे वर्तमान प्रवाहाच्या दिशेला लंब आहे, तर नॅनोस्क्रोलशिवाय ग्रॅफिनच्या ट्रायलेअर फिल्म्सने त्यांच्या सुरुवातीच्या प्रवाहकतेच्या केवळ 25% राखून ठेवल्या. इलेक्ट्रोड म्हणून MGGs वापरून स्ट्रेचेबल ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टर >90% चे ट्रान्समिटन्स प्रदर्शित करते आणि 120% स्ट्रेनवर (चार्ज ट्रान्सपोर्टच्या दिशेने समांतर) त्याच्या मूळ वर्तमान उत्पादनाच्या 60% राखून ठेवते. हे अत्यंत स्ट्रेचेबल आणि पारदर्शक ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टर अत्याधुनिक स्ट्रेचेबल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स सक्षम करू शकतात.
स्ट्रेचेबल पारदर्शक इलेक्ट्रॉनिक्स हे एक वाढणारे क्षेत्र आहे ज्यात प्रगत बायोइंटिग्रेटेड सिस्टम्स (1, 2) मध्ये महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग आहेत तसेच अत्याधुनिक सॉफ्ट रोबोटिक्स आणि डिस्प्ले तयार करण्यासाठी स्ट्रेचेबल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स (3, 4) सह एकत्रित करण्याची क्षमता आहे. ग्राफीन अणु जाडी, उच्च पारदर्शकता आणि उच्च चालकता यांचे अत्यंत वांछनीय गुणधर्म प्रदर्शित करते, परंतु स्ट्रेचेबल ऍप्लिकेशन्समध्ये त्याची अंमलबजावणी लहान स्ट्रेनवर क्रॅक करण्याच्या प्रवृत्तीमुळे प्रतिबंधित केली गेली आहे. ग्राफीनच्या यांत्रिक मर्यादांवर मात केल्याने स्ट्रेचेबल पारदर्शक उपकरणांमध्ये नवीन कार्यक्षमता सक्षम होऊ शकते.
ग्राफीनच्या अद्वितीय गुणधर्मामुळे ते पुढील पिढीच्या पारदर्शक प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड्ससाठी (5, 6) मजबूत उमेदवार बनवते. इंडियम टिन ऑक्साईड [ITO; 90% पारदर्शकतेवर 100 ohms/चौरस (sq)], रासायनिक वाष्प निक्षेपाने (CVD) उगवलेले मोनोलेयर ग्राफीन शीट रेझिस्टन्स (125 ohms/sq) आणि पारदर्शकता (97.4%) (5) यांचे समान संयोजन आहे. याव्यतिरिक्त, ग्राफीन चित्रपटांमध्ये ITO (7) च्या तुलनेत असाधारण लवचिकता आहे. उदाहरणार्थ, प्लॅस्टिक सब्सट्रेटवर, 0.8 मिमी (8) इतक्या लहान वक्रतेच्या झुकत्या त्रिज्यापर्यंतही त्याची चालकता टिकवून ठेवता येते. पारदर्शक लवचिक कंडक्टर म्हणून त्याची विद्युत कार्यक्षमता आणखी वाढवण्यासाठी, मागील कामांमध्ये एक-आयामी (1D) सिल्व्हर नॅनोवायर किंवा कार्बन नॅनोट्यूब (CNTs) (9-11) सह ग्राफीन संकरित साहित्य विकसित केले आहे. शिवाय, मिश्रित आयामी हेटेरोस्ट्रक्चरल सेमीकंडक्टर (जसे की 2D बल्क Si, 1D नॅनोवायर्स/नॅनोट्यूब्स, आणि 0D क्वांटम डॉट्स) (12), लवचिक ट्रान्झिस्टर, सौर पेशी आणि प्रकाश-उत्सर्जक डायोड्स (एलईडी) (13) साठी इलेक्ट्रोड म्हणून ग्राफीनचा वापर केला गेला आहे. -23).
जरी ग्राफीनने लवचिक इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी आशादायक परिणाम दाखवले असले तरी, स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये त्याचा वापर त्याच्या यांत्रिक गुणधर्मांमुळे मर्यादित आहे (17, 24, 25); ग्राफीनची विमानातील कडकपणा 340 N/m आहे आणि यंग्स मॉड्यूलस 0.5 TPa (26) आहे. सशक्त कार्बन-कार्बन नेटवर्क लागू केलेल्या ताणासाठी कोणतीही ऊर्जा अपव्यय यंत्रणा प्रदान करत नाही आणि म्हणून 5% पेक्षा कमी ताणाने सहजपणे क्रॅक होते. उदाहरणार्थ, पॉलीडिमेथिलसिलॉक्सेन (पीडीएमएस) लवचिक सब्सट्रेटवर हस्तांतरित केलेले सीव्हीडी ग्राफीन केवळ 6% पेक्षा कमी स्ट्रेन (8) वर त्याची चालकता राखू शकते. सैद्धांतिक गणना दर्शविते की वेगवेगळ्या स्तरांमधील क्रंपलिंग आणि इंटरप्लेने कडकपणा कमी केला पाहिजे (26). ग्राफीनचे अनेक स्तरांमध्ये स्टॅकिंग करून, असे नोंदवले जाते की हे द्वि-किंवा ट्रायलेअर ग्राफीन 30% ताणापर्यंत ताणता येण्याजोगे आहे, मोनोलेयर ग्राफीन (27) पेक्षा 13 पट कमी प्रतिकार बदल प्रदर्शित करते. तथापि, ही स्ट्रेचेबिलिटी अजूनही अत्याधुनिक स्ट्रेचेबल सी आँडक्टर्स (28, 29) पेक्षा लक्षणीय निकृष्ट आहे.
स्ट्रेचेबल ऍप्लिकेशन्समध्ये ट्रान्झिस्टर महत्त्वाचे आहेत कारण ते अत्याधुनिक सेन्सर रीडआउट आणि सिग्नल विश्लेषण (30, 31) सक्षम करतात. स्त्रोत/ड्रेन इलेक्ट्रोड आणि चॅनेल सामग्री म्हणून मल्टीलेयर ग्राफीनसह PDMS वरील ट्रान्झिस्टर 5% स्ट्रेन (32) पर्यंत विद्युत कार्य राखू शकतात, जे घालण्यायोग्य आरोग्य-निरीक्षण सेन्सर्स आणि इलेक्ट्रॉनिक त्वचेसाठी (~50%) किमान आवश्यक मूल्यापेक्षा लक्षणीय कमी आहे. ३३, ३४). अलीकडे, एक ग्राफीन किरिगामी दृष्टीकोन शोधला गेला आहे, आणि द्रव इलेक्ट्रोलाइटद्वारे गेट केलेले ट्रान्झिस्टर 240% (35) पर्यंत ताणले जाऊ शकते. तथापि, या पद्धतीसाठी निलंबित ग्राफीन आवश्यक आहे, जे फॅब्रिकेशन प्रक्रियेस गुंतागुंत करते.
येथे, आम्ही ग्राफीन स्क्रॉल (~1 ते 20 μm लांब, ~ 0.1 ते 1 μm रुंद आणि ~ 10 ते 100 nm उंच) आंतरकॅलेटिंग करून ग्राफीन स्तरांमध्ये उच्च स्ट्रेचेबल ग्राफीन उपकरणे मिळवतो. आम्ही असे गृहित धरतो की हे ग्राफीन स्क्रोल ग्राफीन शीटमधील क्रॅक ब्रिज करण्यासाठी प्रवाहकीय मार्ग प्रदान करू शकतात, त्यामुळे ताणाखाली उच्च चालकता राखली जाते. ग्राफीन स्क्रोलला अतिरिक्त संश्लेषण किंवा प्रक्रियेची आवश्यकता नसते; ते ओले हस्तांतरण प्रक्रियेदरम्यान नैसर्गिकरित्या तयार होतात. मल्टीलेयर G/G (ग्रॅफीन/ग्रॅफीन) स्क्रोल (MGGs) ग्राफीन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोड (स्रोत/ड्रेन आणि गेट) आणि सेमीकंडक्टिंग सीएनटी वापरून, आम्ही अत्यंत पारदर्शक आणि अत्यंत स्ट्रेचेबल ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टर प्रदर्शित करू शकलो, जे 120 पर्यंत ताणले जाऊ शकतात. % ताण (चार्ज वाहतुकीच्या दिशेने समांतर) आणि त्यांच्या मूळ वर्तमान उत्पादनाच्या 60 % टिकवून ठेवा. हा आतापर्यंतचा सर्वात जास्त स्ट्रेचेबल पारदर्शक कार्बन-आधारित ट्रान्झिस्टर आहे आणि तो अजैविक एलईडी चालवण्यासाठी पुरेसा विद्युत प्रवाह प्रदान करतो.
मोठ्या क्षेत्राचे पारदर्शक स्ट्रेचेबल ग्राफीन इलेक्ट्रोड सक्षम करण्यासाठी, आम्ही Cu Foil वर CVD-उगवलेले ग्राफीन निवडले. CVD क्वार्ट्ज ट्यूबच्या मध्यभागी Cu Foil ला निलंबित करण्यात आले जेणेकरून G/Cu/G संरचना तयार होऊन दोन्ही बाजूंनी ग्राफीनची वाढ होऊ शकेल. ग्राफीन हस्तांतरित करण्यासाठी, आम्ही ग्राफीनच्या एका बाजूचे संरक्षण करण्यासाठी प्रथम पॉली(मिथाइल मेथाक्रिलेट) (PMMA) चा पातळ थर फिरवला, ज्याला आम्ही टॉपसाइड ग्राफीन (ग्रॅफिनच्या दुसऱ्या बाजूसाठी उलट) असे नाव दिले आणि नंतर, संपूर्ण फिल्म (पीएमएमए/टॉप ग्राफीन/क्यु/बॉटम ग्राफीन) क्यू फॉइल काढून टाकण्यासाठी (NH4) 2S2O8 द्रावणात भिजवली होती. PMMA कोटिंग शिवाय तळाच्या बाजूच्या ग्राफीनमध्ये अपरिहार्यपणे क्रॅक आणि दोष असतील जे एचंटला आत प्रवेश करू देतात (36, 37). आकृती 1A मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पृष्ठभागावरील तणावाच्या प्रभावाखाली, प्रकाशीत ग्राफीन डोमेन स्क्रोलमध्ये गुंडाळले गेले आणि नंतर उर्वरित टॉप-G/PMMA फिल्मवर जोडले गेले. टॉप-जी/जी स्क्रोल कोणत्याही सब्सट्रेटवर हस्तांतरित केले जाऊ शकतात, जसे की SiO2/Si, काच किंवा सॉफ्ट पॉलिमर. एकाच सब्सट्रेटवर या हस्तांतरण प्रक्रियेची अनेक वेळा पुनरावृत्ती केल्याने MGG संरचना मिळते.
(अ) स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोड म्हणून एमजीजीसाठी फॅब्रिकेशन प्रक्रियेचे योजनाबद्ध चित्रण. ग्राफीन हस्तांतरणादरम्यान, क्यू फॉइलवरील बॅकसाइड ग्राफीन सीमा आणि दोषांवर तोडले गेले, अनियंत्रित आकारात गुंडाळले गेले आणि वरच्या फिल्म्सवर घट्ट जोडले गेले आणि नॅनोस्क्रोल तयार केले. चौथ्या व्यंगचित्रात स्टॅक केलेली MGG रचना दर्शविली आहे. (B आणि C) monolayer MGG चे उच्च-रिझोल्यूशन TEM वैशिष्ट्य, अनुक्रमे मोनोलेयर ग्राफीन (B) आणि स्क्रोल (C) क्षेत्रावर लक्ष केंद्रित करते. (B) चा इनसेट ही TEM ग्रिडवरील मोनोलेयर MGG चे एकूण आकारविज्ञान दर्शविणारी कमी-विवर्धक प्रतिमा आहे. (C) चे इनसेट हे प्रतिमेमध्ये दर्शविलेल्या आयताकृती बॉक्ससह घेतलेले तीव्रतेचे प्रोफाइल आहेत, जेथे अणू विमानांमधील अंतर 0.34 आणि 0.41 nm आहे. (D) कार्बन K-एज EEL स्पेक्ट्रम वैशिष्ट्यपूर्ण ग्राफिटिक π* आणि σ* शिखरे लेबल केलेले. (ई) मोनोलेयर G/G स्क्रोलची विभागीय AFM प्रतिमा पिवळ्या ठिपक्या रेषेसह उंची प्रोफाइलसह. (F ते I) ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपी आणि AFM प्रतिमा s ट्रायलेयर G ची (F आणि H) शिवाय आणि स्क्रोलसह (G आणि I) अनुक्रमे 300-nm-जाड SiO2/Si सब्सट्रेट्सवर. त्यांच्यातील फरक हायलाइट करण्यासाठी प्रातिनिधिक स्क्रोल आणि सुरकुत्या लेबल केल्या होत्या.
स्क्रोल निसर्गात रोल केलेले ग्राफीन आहेत याची पडताळणी करण्यासाठी, आम्ही मोनोलेयर टॉप-जी/जी स्क्रोल स्ट्रक्चर्सवर उच्च-रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (TEM) आणि इलेक्ट्रॉन एनर्जी लॉस (EEL) स्पेक्ट्रोस्कोपी अभ्यास केला. आकृती 1B मोनोलेयर ग्राफीनची षटकोनी रचना दर्शविते आणि इनसेट हे TEM ग्रिडच्या एका कार्बन छिद्रावर झाकलेले चित्रपटाचे एकंदर आकारविज्ञान आहे. मोनोलेयर ग्राफीन बहुतेक ग्रिडवर पसरतो आणि षटकोनी रिंगांच्या अनेक स्टॅकच्या उपस्थितीत काही ग्राफीन फ्लेक्स दिसतात (चित्र 1B). वैयक्तिक स्क्रोल (Fig. 1C) मध्ये झूम करून, आम्ही 0.34 ते 0.41 nm च्या श्रेणीतील जाळीच्या अंतरासह मोठ्या प्रमाणात ग्राफीन जाळीच्या किनार्याचे निरीक्षण केले. हे मोजमाप असे सूचित करते की फ्लेक्स यादृच्छिकपणे गुंडाळले गेले आहेत आणि ते परिपूर्ण ग्रेफाइट नाहीत, ज्यात "ABAB" लेयर स्टॅकिंगमध्ये 0.34 nm चे जाळीचे अंतर आहे. आकृती 1D कार्बन K-एज EEL स्पेक्ट्रम दाखवते, जेथे 285 eV वरील शिखर π* ऑर्बिटलमधून उद्भवते आणि दुसरे 290 eV च्या आसपास σ* ऑर्बिटलच्या संक्रमणामुळे होते. हे पाहिले जाऊ शकते की या संरचनेत sp2 बाँडिंगचे वर्चस्व आहे, स्क्रोल उच्च ग्राफिक आहेत याची पडताळणी करते.
ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपी आणि ॲटोमिक फोर्स मायक्रोस्कोपी (AFM) प्रतिमा MGGs (Fig. 1, E to G, आणि अंजीर. S1 आणि S2) मधील ग्राफीन नॅनोस्क्रोलच्या वितरणामध्ये अंतर्दृष्टी प्रदान करतात. स्क्रोल यादृच्छिकपणे पृष्ठभागावर वितरीत केले जातात, आणि त्यांची विमानातील घनता स्टॅक केलेल्या स्तरांच्या संख्येच्या प्रमाणात वाढते. अनेक स्क्रोल नॉट्समध्ये गुंफलेले असतात आणि 10 ते 100 nm च्या रेंजमध्ये नॉन-युनिफॉर्म उंचीचे प्रदर्शन करतात. ते 1 ते 20 μm लांब आणि 0.1 ते 1 μm रुंद आहेत, त्यांच्या सुरुवातीच्या ग्राफीन फ्लेक्सच्या आकारानुसार. आकृती 1 (H आणि I) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, स्क्रोलचा आकार सुरकुत्यांपेक्षा लक्षणीयरीत्या मोठा असतो, ज्यामुळे ग्राफीनच्या थरांमधील इंटरफेस अधिक खडबडीत होतो.
विद्युत गुणधर्मांचे मोजमाप करण्यासाठी, आम्ही फोटोलिथोग्राफी वापरून स्क्रोल स्ट्रक्चर्स आणि लेयर स्टॅकिंगसह किंवा त्याशिवाय 300-μm-रुंद आणि 2000-μm-लांब पट्ट्यांमध्ये ग्राफीन फिल्म्सचा नमुना तयार केला. ताणाचे कार्य म्हणून दोन-प्रोब रेझिस्टन्स सभोवतालच्या परिस्थितीत मोजले गेले. स्क्रोलच्या उपस्थितीमुळे मोनोलेयर ग्राफीनची प्रतिरोधकता 80% कमी झाली आणि ट्रान्समिटन्समध्ये केवळ 2.2% घट झाली (अंजीर S4). हे पुष्टी करते की 5 × 107 A/cm2 (38, 39 ) पर्यंत उच्च प्रवाह घनता असलेले नॅनोस्क्रोल MGG मध्ये खूप सकारात्मक विद्युत योगदान देतात. सर्व मोनो-, बाय-, आणि ट्रायलेअर प्लेन ग्राफीन आणि MGG मध्ये, ट्रायलेयर MGG मध्ये जवळजवळ 90% पारदर्शकता सह सर्वोत्तम प्रवाहकत्व आहे. साहित्यात नोंदवलेल्या ग्राफीनच्या इतर स्त्रोतांशी तुलना करण्यासाठी, आम्ही चार-प्रोब शीट रेझिस्टन्स (अंजीर S5) देखील मोजले आणि त्यांना अंजीर 2A मध्ये 550 nm (अंजीर S6) वर ट्रान्समिटन्सचे कार्य म्हणून सूचीबद्ध केले. MGG कृत्रिमरित्या स्टॅक केलेल्या मल्टीला यर प्लेन ग्राफीन आणि कमी झालेल्या ग्राफीन ऑक्साईड (RGO) (6, 8, 18) पेक्षा तुलनात्मक किंवा उच्च चालकता आणि पारदर्शकता दर्शविते. लक्षात घ्या की साहित्यातील कृत्रिमरित्या स्टॅक केलेल्या मल्टीलेयर प्लेन ग्राफीनची शीट प्रतिरोधक क्षमता आमच्या MGG पेक्षा किंचित जास्त आहे, बहुधा त्यांच्या वाढीच्या अयोग्य परिस्थितीमुळे आणि हस्तांतरण पद्धतीमुळे.
(A) अनेक प्रकारच्या ग्राफीनसाठी 550 nm वर ट्रान्समिटन्स विरुद्ध चार-प्रोब शीट रेझिस्टन्स, जेथे ब्लॅक स्क्वेअर मोनो-, बाय- आणि ट्रायलेयर MGGs दर्शवतात; लाल वर्तुळे आणि निळे त्रिकोण Li et al च्या अभ्यासातून Cu आणि Ni वर वाढलेल्या मल्टीलेयर प्लेन ग्राफीनशी संबंधित आहेत. (6) आणि किम आणि इतर. (8), अनुक्रमे, आणि त्यानंतर SiO2/Si किंवा क्वार्ट्ज वर हस्तांतरित; आणि हिरवे त्रिकोण ही RGO साठी बोनाकोर्सो एट अल च्या अभ्यासातून भिन्न घटविणारी मूल्ये आहेत. (18). (B आणि C) विद्युत प्रवाहाच्या दिशेला लंब (B) आणि समांतर (C) स्ट्रेनचे कार्य म्हणून मोनो-, द्वि- आणि ट्रायलेयर MGGs आणि G चे सामान्य प्रतिकार बदल. (D) 50% लंबवत ताणापर्यंत चक्रीय ताणाखाली bilayer G (लाल) आणि MGG (काळा) चे सामान्य प्रतिकार बदल. (ई) 90% समांतर ताणापर्यंत चक्रीय ताण लोडिंग अंतर्गत ट्रायलेयर G (लाल) आणि MGG (काळा) चे सामान्य प्रतिकार बदल. (F) मोनो-, द्वि- आणि ट्रायलेयर G आणि द्वि- आणि ट्रायलेयर MGGs चे सामान्यीकृत कॅपेसिटन्स बदल स्ट्रेनचे कार्य म्हणून. इनसेट ही कॅपेसिटर रचना आहे, जिथे पॉलिमर सब्सट्रेट SEBS आहे आणि पॉलिमर डायलेक्ट्रिक लेयर 2-μm-जाड SEBS आहे.
MGG च्या ताण-आश्रित कार्यक्षमतेचे मूल्यमापन करण्यासाठी, आम्ही थर्मोप्लास्टिक इलास्टोमर स्टायरीन-इथिलीन-ब्युटाडियन-स्टायरीन (SEBS) सब्सट्रेट्सवर (~2 सेमी रुंद आणि ~5 सेमी लांब) ग्राफीन हस्तांतरित केले, आणि सब्सट्रेट ताणले गेल्याने चालकता मोजली गेली. (सामग्री आणि पद्धती पहा) विद्युत प्रवाहाच्या दिशेला लंब आणि समांतर दोन्ही (चित्र 2, B आणि C). नॅनोस्क्रोल आणि ग्राफीन थरांच्या वाढत्या संख्येमुळे ताण-आश्रित विद्युत वर्तन सुधारले. उदाहरणार्थ, मोनोलेयर ग्राफीनसाठी जेव्हा ताण विद्युत प्रवाहाला लंब असतो, तेव्हा स्क्रोल जोडल्याने विद्युत खंडित होण्याचा ताण 5 ते 70% पर्यंत वाढतो. मोनोलेयर ग्राफीनच्या तुलनेत ट्रायलेअर ग्राफीनची ताण सहनशीलता देखील लक्षणीयरीत्या सुधारली आहे. नॅनोस्क्रोलसह, 100% लंबवत ताणाने, स्क्रोलशिवाय ट्रायलेअर ग्राफीनसाठी 300% च्या तुलनेत, ट्रायलेअर MGG संरचनेचा प्रतिकार केवळ 50% वाढला. चक्रीय ताण लोडिंग अंतर्गत प्रतिकार बदल तपासला गेला. तुलनेसाठी (Fig. 2D), साध्या बायलेयर ग्राफीन फिल्मची प्रतिकारशक्ती ~700 चक्रांनंतर 50% लंबवत ताणाने सुमारे 7.5 पटीने वाढली आणि प्रत्येक चक्रातील ताणासोबत वाढतच गेली. दुसरीकडे, ~700 चक्रांनंतर bilayer MGG चे प्रतिकार फक्त 2.5 पट वाढले. समांतर दिशेने 90% पर्यंत ताण लागू केल्याने, ट्रायलेयर ग्राफीनचा प्रतिकार 1000 चक्रांनंतर ~100 पटीने वाढला, तर ट्रायलेअर MGG (चित्र 2E) मध्ये तो फक्त ~8 पट आहे. सायकलिंगचे परिणाम अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत. S7. समांतर स्ट्रेन दिशेसह प्रतिकारामध्ये तुलनेने जलद वाढ होते कारण क्रॅकचे अभिमुखता विद्युत प्रवाहाच्या दिशेला लंब असते. लोडिंग आणि अनलोडिंग स्ट्रेन दरम्यान प्रतिरोधक विचलन हे एसईबीएस इलास्टोमर सब्सट्रेटच्या व्हिस्कोइलास्टिक पुनर्प्राप्तीमुळे होते. सायकलिंग दरम्यान MGG पट्ट्यांचा अधिक स्थिर प्रतिकार हे मोठ्या स्क्रोलच्या उपस्थितीमुळे होते जे ग्राफीनच्या क्रॅक झालेल्या भागांना (AFM द्वारे निरीक्षण केल्याप्रमाणे) पुल करू शकतात, ज्यामुळे पाझरणारा मार्ग राखण्यात मदत होते. इलॅस्टोमर सब्सट्रेट्स (40, 41) वरील क्रॅक्ड मेटल किंवा सेमीकंडक्टर फिल्म्ससाठी पाझरते मार्गाद्वारे चालकता राखण्याची ही घटना यापूर्वी नोंदवली गेली आहे.
स्ट्रेचेबल उपकरणांमध्ये गेट इलेक्ट्रोड म्हणून या ग्राफीन-आधारित फिल्म्सचे मूल्यांकन करण्यासाठी, आम्ही ग्राफीन लेयरला SEBS डायलेक्ट्रिक लेयर (2 μm जाडी) ने झाकले आणि स्ट्रेनचे कार्य म्हणून डायलेक्ट्रिक कॅपेसिटन्स बदलाचे परीक्षण केले (चित्र 2F आणि पूरक साहित्य पहा. तपशील). आम्ही असे निरीक्षण केले की प्लेन मोनोलेयर आणि बायलेयर ग्राफीन इलेक्ट्रोड्ससह कॅपेसिटन्स त्वरीत कमी झाले कारण ग्राफीनची विमानातील चालकता कमी होते. याउलट, MGGs तसेच साध्या ट्रायलेयर ग्राफीनद्वारे गेट केलेल्या कॅपेसिटन्सने स्ट्रेनसह कॅपेसिटन्समध्ये वाढ दर्शविली, जी स्ट्रेनसह डायलेक्ट्रिक जाडी कमी झाल्यामुळे अपेक्षित आहे. कॅपॅसिटन्समधील अपेक्षित वाढ एमजीजी स्ट्रक्चर (अंजीर S8) बरोबर खूप चांगली जुळली. हे सूचित करते की MGG स्ट्रेचेबल ट्रान्झिस्टरसाठी गेट इलेक्ट्रोड म्हणून योग्य आहे.
विद्युत चालकतेच्या ताण सहिष्णुतेवर 1D ग्राफीन स्क्रोलच्या भूमिकेची अधिक चौकशी करण्यासाठी आणि ग्राफीन स्तरांमधील पृथक्करण चांगल्या प्रकारे नियंत्रित करण्यासाठी, आम्ही ग्राफीन स्क्रोल बदलण्यासाठी स्प्रे-लेपित CNTs वापरला (पूरक साहित्य पहा). MGG रचनांची नक्कल करण्यासाठी, आम्ही CNT ची तीन घनता जमा केली (म्हणजे CNT1
(A ते C) CNT च्या तीन भिन्न घनतेच्या AFM प्रतिमा (CNT1
स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी इलेक्ट्रोड म्हणून त्यांची क्षमता अधिक समजून घेण्यासाठी, आम्ही तणावाखाली MGG आणि G-CNT-G च्या मॉर्फोलॉजीजची पद्धतशीरपणे तपासणी केली. ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपी आणि स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (एसईएम) या प्रभावी कॅरेक्टरायझेशन पद्धती नाहीत कारण दोन्हीमध्ये कलर कॉन्ट्रास्ट नसतो आणि एसईएम इलेक्ट्रॉन स्कॅनिंग दरम्यान इमेज आर्टिफॅक्ट्सच्या अधीन असतात जेव्हा ग्राफीन पॉलिमर सब्सट्रेटवर असते (अंजीर S9 आणि S10). तणावाखाली असलेल्या ग्राफीनच्या पृष्ठभागाचे निरीक्षण करण्यासाठी, आम्ही अत्यंत पातळ (~0.1 मिमी जाड) आणि लवचिक SEBS सब्सट्रेट्सवर स्थानांतरित केल्यानंतर ट्रायलेयर MGGs आणि साध्या ग्राफीनवर AFM मोजमाप गोळा केले. CVD ग्राफीनमधील आंतरिक दोष आणि हस्तांतरण प्रक्रियेदरम्यान बाह्य नुकसानीमुळे, ताणलेल्या ग्राफीनवर अपरिहार्यपणे क्रॅक निर्माण होतात आणि वाढत्या ताणाने, भेगा अधिक घन झाल्या (चित्र 4, A ते D). कार्बन-आधारित इलेक्ट्रोड्सच्या स्टॅकिंग स्ट्रक्चरवर अवलंबून, क्रॅक भिन्न आकारविज्ञान प्रदर्शित करतात (अंजीर S11) (27). मल्टिलेयर ग्राफीनची क्रॅक क्षेत्र घनता (क्रॅक क्षेत्र/विश्लेषित क्षेत्र म्हणून परिभाषित) ताणानंतर मोनोलेयर ग्राफीनपेक्षा कमी आहे, जी MGG साठी विद्युत चालकता वाढण्याशी सुसंगत आहे. दुसरीकडे, स्क्रोल अनेकदा क्रॅक पूर्ण करण्यासाठी पाहिले जातात, ज्यामुळे ताणलेल्या फिल्ममध्ये अतिरिक्त प्रवाहकीय मार्ग उपलब्ध होतात. उदाहरणार्थ, अंजीर 4B च्या प्रतिमेमध्ये लेबल केल्याप्रमाणे, एक विस्तृत स्क्रोल ट्रायलेयर MGG मधील क्रॅकवर ओलांडला, परंतु साध्या ग्राफीनमध्ये (Fig. 4, E ते H) कोणतीही स्क्रोल आढळली नाही. त्याचप्रमाणे, CNT ने ग्राफीन (अंजीर S11) मधील तडे देखील भरले. क्रॅक क्षेत्र घनता, स्क्रोल क्षेत्र घनता, आणि चित्रपटांचा खडबडीतपणा आकृती 4K मध्ये सारांशित केला आहे.
(A ते H) 0, 20, 60 आणि 100 वर अत्यंत पातळ SEBS (~ 0.1 मिमी जाडी) इलास्टोमरवर ट्रायलेयर G/G स्क्रोल (A to D) आणि trilayer G संरचना (E to H) च्या AFM प्रतिमा % ताण. प्रातिनिधिक क्रॅक आणि स्क्रोल बाणांनी निर्देशित केले आहेत. सर्व AFM प्रतिमा 15 μm × 15 μm क्षेत्रामध्ये आहेत, लेबल केल्याप्रमाणे समान रंग स्केल बार वापरून. (I) SEBS सब्सट्रेटवरील नमुना असलेल्या मोनोलेयर ग्राफीन इलेक्ट्रोड्सची सिम्युलेशन भूमिती. (J) 20% बाह्य स्ट्रेनवर मोनोलेयर ग्राफीन आणि SEBS सब्सट्रेटमधील कमाल मुख्य लॉगरिदमिक स्ट्रेनचा सिम्युलेशन कॉन्टूर नकाशा. (के) वेगवेगळ्या ग्राफीन संरचनांसाठी क्रॅक क्षेत्र घनता (लाल स्तंभ), स्क्रोल क्षेत्र घनता (पिवळा स्तंभ) आणि पृष्ठभाग खडबडीतपणा (निळा स्तंभ) यांची तुलना.
जेव्हा MGG फिल्म्स ताणल्या जातात, तेव्हा एक महत्त्वाची अतिरिक्त यंत्रणा असते जी स्क्रोल ग्रॅफीनच्या क्रॅक झालेल्या प्रदेशांना ब्रिज करू शकते, एक पर्कोलेटिंग नेटवर्क राखून ठेवते. ग्राफीन स्क्रोल आशादायक आहेत कारण त्यांची लांबी दहापट मायक्रोमीटर असू शकते आणि त्यामुळे सामान्यत: मायक्रोमीटर स्केलपर्यंतच्या क्रॅक पूर्ण करू शकतात. शिवाय, स्क्रोलमध्ये ग्रॅफीनचे अनेक थर असल्यामुळे, त्यांना कमी प्रतिकार असणे अपेक्षित आहे. तुलनेत, तुलनात्मक प्रवाहकीय ब्रिजिंग क्षमता प्रदान करण्यासाठी तुलनेने दाट (कमी ट्रान्समिटन्स) CNT नेटवर्क आवश्यक आहेत, कारण CNT लहान (सामान्यत: काही मायक्रोमीटर लांबी) आणि स्क्रोलपेक्षा कमी प्रवाहकीय असतात. दुसरीकडे, अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. S12, जेव्हा ताण सामावून घेण्यासाठी स्ट्रेचिंग दरम्यान ग्राफीन क्रॅक होतो, तेव्हा स्क्रोल क्रॅक होत नाहीत, हे दर्शविते की नंतरचे ग्रॅफीन अंतर्गत सरकत आहे. ते क्रॅक न होण्याचे कारण ग्रॅफीनच्या अनेक थरांनी बनलेल्या गुंडाळलेल्या संरचनेमुळे (~1 ते 2 0 μm लांब, ~ 0.1 ते 1 μm रुंद आणि ~ 10 ते 100 nm उंच) आहे. सिंगल-लेयर ग्राफीनपेक्षा उच्च प्रभावी मापांक. ग्रीन आणि हर्सम (42) द्वारे नोंदवल्यानुसार, धातूचे CNT नेटवर्क (1.0 nm च्या ट्यूब व्यास) CNTs दरम्यान मोठ्या जंक्शन प्रतिरोधना असूनही कमी शीट प्रतिरोधक क्षमता <100 ohms/sq साध्य करू शकतात. आमच्या ग्राफीन स्क्रोलची रुंदी 0.1 ते 1 μm आहे आणि G/G स्क्रोलमध्ये CNTs पेक्षा जास्त संपर्क क्षेत्रे आहेत हे लक्षात घेता, ग्राफीन आणि ग्राफीन स्क्रोलमधील संपर्क प्रतिरोध आणि संपर्क क्षेत्र उच्च चालकता राखण्यासाठी घटक मर्यादित करू नयेत.
ग्राफीनमध्ये SEBS सब्सट्रेटपेक्षा खूप जास्त मॉड्यूलस आहे. जरी ग्राफीन इलेक्ट्रोडची प्रभावी जाडी सब्सट्रेटच्या तुलनेत खूपच कमी असली तरी, ग्राफीनच्या जाडीच्या वेळा त्याच्या जाडीच्या तुलनेत सब्सट्रेट (43, 44) च्या कडकपणाचा परिणाम होतो, परिणामी मध्यम कडक-बेट प्रभाव पडतो. आम्ही SEBS सब्सट्रेटवर 1-nm-जाड ग्राफीनच्या विकृतीचे अनुकरण केले (तपशीलांसाठी पूरक सामग्री पहा). सिम्युलेशन परिणामांनुसार, जेव्हा SEBS सब्सट्रेटवर 20% ताण बाहेरून लागू केला जातो, तेव्हा ग्राफीनमधील सरासरी ताण ~ 6.6% (Fig. 4J आणि fig. S13D) असतो, जो प्रायोगिक निरीक्षणांशी सुसंगत असतो (अंजीर S13 पहा) . आम्ही ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपी वापरून पॅटर्न केलेल्या ग्राफीन आणि सब्सट्रेट प्रदेशांमधील ताणांची तुलना केली आणि सब्सट्रेट प्रदेशातील ताण ग्राफीन प्रदेशातील ताणापेक्षा किमान दुप्पट असल्याचे आढळले. हे सूचित करते की ग्राफीन इलेक्ट्रोड पॅटर्नवर लागू केलेला ताण लक्षणीयरीत्या मर्यादित असू शकतो, ज्यामुळे SEBS (26, 43, 44) वर ग्राफीन कडक बेटे तयार होतात.
म्हणून, उच्च ताणाखाली उच्च चालकता राखण्यासाठी MGG इलेक्ट्रोड्सची क्षमता दोन प्रमुख यंत्रणांद्वारे सक्षम केली जाऊ शकते: (i) प्रवाहकीय पाझर मार्ग राखण्यासाठी स्क्रोल डिस्कनेक्ट केलेल्या प्रदेशांना ब्रिज करू शकतात आणि (ii) मल्टीलेअर ग्राफीन शीट्स/इलास्टोमर स्लाइड करू शकतात. एकमेकांवर, परिणामी ग्राफीन इलेक्ट्रोडवरील ताण कमी होतो. इलास्टोमरवर हस्तांतरित केलेल्या ग्राफीनच्या अनेक स्तरांसाठी, स्तर एकमेकांशी जोरदारपणे जोडलेले नाहीत, जे ताणाच्या प्रतिसादात सरकतात (27). स्क्रोलमुळे ग्राफीन स्तरांचा खडबडीतपणा देखील वाढला, ज्यामुळे ग्राफीन स्तरांमधील पृथक्करण वाढण्यास मदत होऊ शकते आणि त्यामुळे ग्राफीन स्तरांचे सरकणे सक्षम होऊ शकते.
कमी किमतीमुळे आणि उच्च थ्रूपुटमुळे ऑल-कार्बन उपकरणांचा उत्साहाने पाठपुरावा केला जातो. आमच्या बाबतीत, ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टर तळाशी ग्राफीन गेट, वरचा ग्राफीन स्त्रोत/ड्रेन संपर्क, एक क्रमबद्ध सीएनटी सेमीकंडक्टर आणि SEBS डायलेक्ट्रिक (चित्र 5A) वापरून तयार केले गेले. अंजीर 5B मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, स्रोत/ड्रेन आणि गेट (तळाशी डिव्हाइस) म्हणून CNTs असलेले ऑल-कार्बन डिव्हाइस ग्राफीन इलेक्ट्रोड (टॉप डिव्हाइस) असलेल्या डिव्हाइसपेक्षा अधिक अपारदर्शक आहे. याचे कारण असे की CNT नेटवर्कला मोठ्या जाडीची आवश्यकता असते आणि परिणामी, ग्राफीन (अंजीर S4) प्रमाणे शीट प्रतिरोधकता प्राप्त करण्यासाठी कमी ऑप्टिकल ट्रान्समिटन्सेस आवश्यक असतात. आकृती 5 (C आणि D) bilayer MGG इलेक्ट्रोडसह बनवलेल्या ट्रान्झिस्टरसाठी ताणापूर्वी प्रतिनिधी हस्तांतरण आणि आउटपुट वक्र दर्शविते. अनस्ट्रेन ट्रान्झिस्टरची चॅनेल रुंदी आणि लांबी अनुक्रमे 800 आणि 100 μm होती. 10−5 आणि 10−8 A च्या पातळीवर चालू आणि बंद प्रवाहांसह मोजलेले चालू/बंद गुणोत्तर 103 पेक्षा जास्त आहे. आउटपुट वक्र स्पष्ट गेट-व्होल्टेज अवलंबनासह आदर्श रेखीय आणि सा ट्युरेशन व्यवस्था प्रदर्शित करते, जे CNTs आणि ग्राफीन इलेक्ट्रोड (45) यांच्यातील आदर्श संपर्क दर्शवते. बाष्पीभवन झालेल्या Au फिल्मच्या तुलनेत ग्राफीन इलेक्ट्रोडशी संपर्क प्रतिरोधकता कमी असल्याचे दिसून आले (अंजीर पहा. S14). स्ट्रेचेबल ट्रान्झिस्टरची संपृक्तता गतिशीलता सुमारे 5.6 cm2/Vs आहे, 300-nm SiO2 सह कठोर Si सब्सट्रेट्सवरील समान पॉलिमर-सॉर्टेड CNT ट्रान्झिस्टर प्रमाणेच डायलेक्ट्रिक लेयर आहे. इष्टतम ट्यूब घनता आणि इतर प्रकारच्या नळ्या (46) सह गतिशीलतेमध्ये आणखी सुधारणा शक्य आहे.
(अ) ग्राफीन-आधारित स्ट्रेचेबल ट्रान्झिस्टरची योजना. SWNTs, सिंगल-भिंत कार्बन नॅनोट्यूब. (ब) ग्राफीन इलेक्ट्रोड (टॉप) आणि सीएनटी इलेक्ट्रोड्स (तळाशी) बनलेल्या स्ट्रेचेबल ट्रान्झिस्टरचा फोटो. पारदर्शकतेतील फरक स्पष्टपणे लक्षात येतो. ( C आणि D) स्ट्रेन करण्यापूर्वी SEBS वर ग्राफीन-आधारित ट्रान्झिस्टरचे हस्तांतरण आणि आउटपुट वक्र. (E आणि F) ट्रान्सफर वक्र, चालू आणि बंद करंट, चालू/बंद गुणोत्तर आणि ग्राफीन-आधारित ट्रान्झिस्टरची गतिशीलता वेगवेगळ्या स्ट्रेनवर.
जेव्हा पारदर्शक, सर्व-कार्बन उपकरण चार्ज ट्रान्सपोर्ट दिशेच्या समांतर दिशेने ताणले गेले तेव्हा 120% ताणापर्यंत किमान ऱ्हास दिसून आला. स्ट्रेचिंग दरम्यान, गतिशीलता 0% स्ट्रेनवर 5.6 cm2/Vs वरून 120% स्ट्रेन (Fig. 5F) वर 2.5 cm2/Vs पर्यंत कमी होत गेली. आम्ही वेगवेगळ्या चॅनेल लांबीसाठी ट्रान्झिस्टर कामगिरीची तुलना देखील केली (टेबल S1 पहा). विशेष म्हणजे, 105% एवढ्या मोठ्या ताणात, या सर्व ट्रान्झिस्टरने अजूनही उच्च चालू/बंद गुणोत्तर (>103) आणि गतिशीलता (>3 cm2/Vs) प्रदर्शित केले. याव्यतिरिक्त, आम्ही ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टरवरील सर्व अलीकडील कामांचा सारांश दिला (टेबल S2 पहा) (47-52). इलास्टोमर्सवर डिव्हाइस फॅब्रिकेशन ऑप्टिमाइझ करून आणि MGGs संपर्क म्हणून वापरून, आमचे ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टर गतिशीलता आणि हिस्टेरेसीस तसेच उच्च स्ट्रेच करण्यायोग्य असण्याच्या दृष्टीने चांगली कामगिरी दर्शवतात.
पूर्णपणे पारदर्शक आणि स्ट्रेचेबल ट्रान्झिस्टरचा वापर म्हणून, आम्ही ते LED चे स्विचिंग नियंत्रित करण्यासाठी वापरले (चित्र 6A). आकृती 6B मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, हिरवा एलईडी थेट वर ठेवलेल्या स्ट्रेचेबल ऑल-कार्बन उपकरणाद्वारे स्पष्टपणे दिसू शकतो. ~100% (चित्र 6, C आणि D) पर्यंत पसरत असताना, LED प्रकाशाची तीव्रता बदलत नाही, जी वर वर्णन केलेल्या ट्रान्झिस्टरच्या कार्यक्षमतेशी सुसंगत आहे (चित्रपट S1 पहा). ग्राफीन इलेक्ट्रोडचा वापर करून स्ट्रेचेबल कंट्रोल युनिट्सचा हा पहिला अहवाल आहे, जो ग्राफीन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी नवीन शक्यता दर्शवितो.
(अ) एलईडी चालविण्यासाठी ट्रान्झिस्टरचे सर्किट. GND, ग्राउंड. (ब) हिरव्या LED वर 0% स्ट्रेनवर स्ट्रेचेबल आणि पारदर्शक ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टरचा फोटो. (C) LED स्विच करण्यासाठी वापरला जाणारा ऑल-कार्बन पारदर्शक आणि स्ट्रेचेबल ट्रान्झिस्टर LED वर 0% (डावीकडे) आणि ~100% स्ट्रेन (उजवीकडे) वर बसवला जात आहे. पांढरे बाण यंत्रावरील पिवळे मार्कर म्हणून दर्शविले जातात ज्यामुळे अंतर बदलला जात आहे. (डी) ताणलेल्या ट्रान्झिस्टरचे बाजूचे दृश्य, एलईडी इलास्टोमरमध्ये ढकलले जाते.
शेवटी, आम्ही एक पारदर्शक प्रवाहकीय ग्राफीन रचना विकसित केली आहे जी स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोड्स म्हणून मोठ्या स्ट्रेन अंतर्गत उच्च चालकता राखते, स्टॅक केलेल्या ग्राफीन स्तरांमधील ग्राफीन नॅनोस्क्रोलद्वारे सक्षम केली जाते. ठराविक मोनोलेयर ग्राफीन इलेक्ट्रोड्ससाठी 5% स्ट्रेनवर चालकता पूर्ण कमी होण्याच्या तुलनेत, इलॅस्टोमरवरील या द्वि- आणि ट्रायलेअर एमजीजी इलेक्ट्रोड स्ट्रक्चर्स त्यांच्या 0% स्ट्रेन चालकता 100% पर्यंत अनुक्रमे 21 आणि 65% राखू शकतात. . ग्राफीन स्क्रोलचे अतिरिक्त प्रवाहकीय मार्ग तसेच हस्तांतरित स्तरांमधील कमकुवत परस्परसंवाद ताणाखाली उच्च चालकता स्थिरतेमध्ये योगदान देतात. ऑल-कार्बन स्ट्रेचेबल ट्रान्झिस्टर तयार करण्यासाठी आम्ही ही ग्राफीन रचना लागू केली. आतापर्यंत, बकलिंग न वापरता सर्वोत्तम पारदर्शकतेसह हा सर्वात जास्त स्ट्रेचेबल ग्राफीन-आधारित ट्रान्झिस्टर आहे. जरी सध्याचा अभ्यास स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्ससाठी ग्राफीन सक्षम करण्यासाठी आयोजित केला गेला असला तरी, आम्हाला विश्वास आहे की हा दृष्टीकोन स्ट्रेचेबल 2D इलेक्ट्रॉनिक्स सक्षम करण्यासाठी इतर 2D सामग्रीमध्ये वाढविला जाऊ शकतो.
1000°C वर पूर्ववर्ती म्हणून 50–SCCM (मानक घन सेंटीमीटर प्रति मिनिट) CH4 आणि 20–SCCM H2 सह 0.5 mtorr च्या स्थिर दाबाखाली निलंबित Cu Foils (99.999%; Alfa Aesar) वर मोठ्या-क्षेत्रातील CVD graphene उगवले गेले. क्यू फॉइलच्या दोन्ही बाजू मोनोलेयर ग्राफीनने झाकल्या गेल्या होत्या. क्यू फॉइलच्या एका बाजूला PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) चा पातळ थर स्पिन-लेपित होता, ज्यामुळे PMMA/G/Cu फॉइल/G रचना तयार होते. त्यानंतर, संपूर्ण फिल्म 0.1 एम अमोनियम पर्सल्फेट [(NH4)2S2O8] द्रावणात सुमारे 2 तास भिजवून क्यू फॉइल काढून टाकण्यात आली. या प्रक्रियेदरम्यान, असुरक्षित बॅकसाइड ग्राफीन प्रथम धान्याच्या सीमारेषेने फाडला आणि नंतर पृष्ठभागावरील ताणामुळे स्क्रोलमध्ये गुंडाळला गेला. स्क्रोल PMMA-समर्थित वरच्या ग्राफीन फिल्मवर जोडलेले होते, PMMA/G/G स्क्रोल तयार करतात. त्यानंतर चित्रपट अनेक वेळा विआयनीकृत पाण्यात धुतले गेले आणि टार्गेट सब्सट्रेटवर ठेवले गेले, जसे की कठोर SiO2/Si किंवा प्लास्टिक सब्सट्रेट. जोडलेली फिल्म सब्सट्रेटवर सुकताच, नमुना एसीटोन, 1:1 एसीटोन/आयपीए (आयसोप्रोपाइल अल्कोहोल) आणि PMMA काढून टाकण्यासाठी प्रत्येकी 30 सेकंदांसाठी IPA मध्ये क्रमशः भिजवावा. G/G स्क्रोलचा दुसरा थर त्यावर हस्तांतरित होण्यापूर्वी चित्रपट 100°C वर 15 मिनिटांसाठी गरम केले जातात किंवा अडकलेले पाणी पूर्णपणे काढून टाकण्यासाठी रात्रभर व्हॅक्यूममध्ये ठेवले होते. सब्सट्रेटमधून ग्राफीन फिल्मची अलिप्तता टाळण्यासाठी आणि PMMA कॅरियर लेयरच्या प्रकाशन दरम्यान MGG चे संपूर्ण कव्हरेज सुनिश्चित करण्यासाठी हे पाऊल होते.
ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप (Leica) आणि स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (1 kV; FEI) वापरून MGG संरचनेचे आकारविज्ञान निरीक्षण केले गेले. जी स्क्रोलच्या तपशीलांचे निरीक्षण करण्यासाठी एक अणुशक्ती सूक्ष्मदर्शक (नॅनोस्कोप III, डिजिटल इन्स्ट्रुमेंट) टॅपिंग मोडमध्ये ऑपरेट केले गेले. अल्ट्राव्हायोलेट-दृश्यमान स्पेक्ट्रोमीटर (Agilent Cary 6000i) द्वारे चित्रपटाच्या पारदर्शकतेची चाचणी केली गेली. चाचण्यांसाठी जेव्हा ताण वर्तमान प्रवाहाच्या लंब दिशेने होता, फोटोलिथोग्राफी आणि O2 प्लाझमाचा वापर ग्राफीन संरचनांना पट्ट्यांमध्ये (~300 μm रुंद आणि ~ 2000 μm लांब) करण्यासाठी केला गेला होता, आणि Au (50 nm) इलेक्ट्रोडचा वापर करून थर्मल पद्धतीने जमा केले गेले होते. लांब बाजूच्या दोन्ही टोकांना छाया मुखवटे. त्यानंतर ग्राफीनच्या पट्ट्या एसईबीएस इलास्टोमर (~2 सेमी रुंद आणि ~5 सेमी लांब) च्या संपर्कात आल्या, SEBS च्या लहान बाजूस समांतर असलेल्या पट्ट्यांचा लांब अक्ष त्यानंतर BOE (बफर ऑक्साईड इच) (HF:H2O) होता. 1:6) इलेक्ट्रीकल संपर्क म्हणून एचिंग आणि युटेक्टिक गॅलियम इंडियम (EGaIn). समांतर स्ट्रेन चाचण्यांसाठी, नमुना नसलेली ग्राफीन संरचना es (~5 × 10 mm) SEBS सब्सट्रेटवर हस्तांतरित केली गेली, ज्यात SEBS सब्सट्रेटच्या लांब बाजूस लांब अक्ष समांतर आहेत. दोन्ही प्रकरणांसाठी, संपूर्ण G (G स्क्रोलशिवाय)/SEBS एका मॅन्युअल उपकरणामध्ये इलास्टोमरच्या लांब बाजूने ताणले गेले होते आणि स्थितीत, आम्ही सेमीकंडक्टर विश्लेषक (Keithley 4200) ने प्रोब स्टेशनवर ताणतणावाखाली त्यांचे प्रतिकार बदल मोजले. -एससीएस).
पॉलिमर डायलेक्ट्रिक आणि सब्सट्रेटचे सेंद्रिय सॉल्व्हेंट नुकसान टाळण्यासाठी लवचिक सब्सट्रेटवरील अत्यंत स्ट्रेचेबल आणि पारदर्शक ऑल-कार्बन ट्रान्झिस्टर खालील प्रक्रियेद्वारे तयार केले गेले. MGG संरचना SEBS मध्ये गेट इलेक्ट्रोड म्हणून हस्तांतरित करण्यात आल्या. एकसमान पातळ-फिल्म पॉलिमर डायलेक्ट्रिक लेयर (2 μm जाडी) मिळविण्यासाठी, SEBS टोल्यूनि (80 mg/ml) द्रावण 1 मिनिटासाठी 1000 rpm वर octadecyltrichlorosilane (OTS)-सुधारित SiO2/Si सब्सट्रेटवर स्पिन-लेपित केले गेले. पातळ डायलेक्ट्रिक फिल्म हायड्रोफोबिक ओटीएस पृष्ठभागावरून तयार केलेल्या ग्राफीनने झाकलेल्या SEBS सब्सट्रेटवर सहजपणे हस्तांतरित केली जाऊ शकते. LCR (इंडक्टन्स, कॅपॅसिटन्स, रेझिस्टन्स) मीटर (Agilent) वापरून स्ट्रेनचे कार्य म्हणून कॅपेसिटन्स निर्धारित करण्यासाठी द्रव-धातू (EGaIn; Sigma-Aldrich) शीर्ष इलेक्ट्रोड जमा करून कॅपेसिटर बनवता येतो. ट्रान्झिस्टरच्या दुसऱ्या भागात पॉलिमर-सॉर्टेड सेमीकंडक्टिंग सीएनटीचा समावेश होता, पूर्वी नोंदवलेल्या प्रक्रियेचे अनुसरण करून (53). नमुनेदार स्त्रोत/ड्रेन इलेक्ट्रोड कठोर SiO2/Si सब्सट्रेट्सवर तयार केले गेले. त्यानंतर, दोन भाग, डायलेक्ट्रिक/G/SEBS आणि CNTs/पॅटर्न केलेले G/SiO2/Si, एकमेकांना लॅमिनेटेड केले गेले आणि कठोर SiO2/Si सब्सट्रेट काढण्यासाठी BOE मध्ये भिजवले गेले. अशा प्रकारे, पूर्णपणे पारदर्शक आणि ताणण्यायोग्य ट्रान्झिस्टर तयार केले गेले. ताणाखालील विद्युत चाचणी वरील पद्धतीप्रमाणे मॅन्युअल स्ट्रेचिंग सेटअपवर केली गेली.
या लेखासाठी पूरक साहित्य http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 येथे उपलब्ध आहे
अंजीर S1. SiO2/Si सबस्ट्रेट्सवर मोनोलेयर MGG च्या ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपी प्रतिमा वेगवेगळ्या मॅग्निफिकेशन्सवर.
अंजीर S4. मोनो-, द्वि- आणि ट्रायलेअर प्लेन ग्राफीन (काळे चौरस), MGG (लाल वर्तुळे), आणि CNTs (निळा त्रिकोण) च्या @550 nm @ टू-प्रोब शीट रेझिस्टन्स आणि ट्रान्समिटन्सची तुलना.
अंजीर S7. अनुक्रमे 40 आणि 90% समांतर स्ट्रेन पर्यंत ~1000 चक्रीय स्ट्रेन लोडिंग अंतर्गत मोनो- आणि बिलेयर MGGs (काळा) आणि G (लाल) चे सामान्य प्रतिकार बदल.
अंजीर S10. ताणानंतर SEBS इलास्टोमरवरील ट्रायलेयर MGG ची SEM प्रतिमा, अनेक क्रॅकवर एक लांब स्क्रोल दर्शवित आहे.
अंजीर S12. 20% स्ट्रेनवर अत्यंत पातळ SEBS इलास्टोमरवर ट्रायलेयर MGG ची AFM प्रतिमा, एक स्क्रोल क्रॅकवर ओलांडल्याचे दर्शविते.
टेबल S1. बिलेयर एमजीजी-सिंगल-वॉल्ड कार्बन नॅनोट्यूब ट्रान्झिस्टरची गतिशीलता ताणापूर्वी आणि नंतर वेगवेगळ्या चॅनेल लांबीवर.
हा क्रिएटिव्ह कॉमन्स ॲट्रिब्युशन-नॉन-कॉमर्सियल परवान्याच्या अटींनुसार वितरीत केलेला खुला-प्रवेश लेख आहे, जो कोणत्याही माध्यमात वापर, वितरण आणि पुनरुत्पादनास परवानगी देतो, जोपर्यंत परिणामी वापर व्यावसायिक फायद्यासाठी होत नाही आणि मूळ काम योग्यरित्या केले गेले आहे. उद्धृत.
सुचना: आम्ही फक्त तुमच्या ईमेल पत्त्याची विनंती करतो जेणेकरून तुम्ही ज्या व्यक्तीने पृष्ठाची शिफारस करत आहात त्यांना हे कळेल की त्यांनी ते पहावे आणि ते जंक मेल नाही. आम्ही कोणताही ईमेल पत्ता पकडत नाही.
हा प्रश्न तुम्ही मानवी अभ्यागत आहात की नाही हे तपासण्यासाठी आणि स्वयंचलित स्पॅम सबमिशन रोखण्यासाठी आहे.
नान लिऊ, ॲलेक्स चोरटोस, टिंग लेई, लिहुआ जिन, ताएहो रॉय किम, वॉन-ग्यु बे, चेन्क्सिन झू, सिहॉन्ग वांग, राफेल फॅटनर, झियुआन चेन, रॉबर्ट सिंक्लेअर, झेनान बाओ यांनी
नान लिऊ, ॲलेक्स चोरटोस, टिंग लेई, लिहुआ जिन, ताएहो रॉय किम, वॉन-ग्यु बे, चेन्क्सिन झू, सिहॉन्ग वांग, राफेल फॅटनर, झियुआन चेन, रॉबर्ट सिंक्लेअर, झेनान बाओ यांनी
© 2021 अमेरिकन असोसिएशन फॉर द ॲडव्हान्समेंट ऑफ सायन्स. सर्व हक्क राखीव. AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef आणि COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 चे भागीदार आहे.