អេឡិចត្រូតក្រាហ្វិនថ្លា និងអាចលាតសន្ធឹងបាន។

សមា្ភារៈពីរវិមាត្រដូចជា graphene មានភាពទាក់ទាញសម្រាប់ទាំងកម្មវិធី semiconductor ធម្មតា និងកម្មវិធីចាប់ផ្តើមនៅក្នុងអេឡិចត្រូនិចដែលអាចបត់បែនបាន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ កម្លាំង tensile ខ្ពស់នៃ graphene បណ្តាលឱ្យមានការបាក់ឆ្អឹងនៅកម្រិតទាប ដែលធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការទាញយកអត្ថប្រយោជន៍ពីលក្ខណៈសម្បត្តិអេឡិចត្រូនិចដ៏អស្ចារ្យរបស់វានៅក្នុងអេឡិចត្រូនិចដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន។ ដើម្បីបើកដំណើរការដែលពឹងផ្អែកលើភាពតានតឹងដ៏ល្អឥតខ្ចោះនៃចំហាយ graphene ថ្លា យើងបានបង្កើត graphene nanoscrolls នៅចន្លោះស្រទាប់ graphene ជង់ ដែលហៅថា multilayer graphene/graphene scrolls (MGGs)។ នៅក្រោមភាពតានតឹង រមូរមួយចំនួនបានភ្ជាប់ដែនដែលបែកខ្ញែកនៃ graphene ដើម្បីរក្សាបណ្តាញ percolating ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានចរន្តអគ្គិសនីដ៏ល្អនៅកម្រិតខ្ពស់។ Trilayer MGGs ដែលត្រូវបានគាំទ្រនៅលើ elastomers រក្សាបាននូវ 65% នៃចរន្តដើមរបស់ពួកគេនៅកម្រិត 100% ដែលកាត់កែងទៅនឹងទិសដៅនៃលំហូរបច្ចុប្បន្ន ចំណែកឯខ្សែភាពយន្ត trilayer នៃ graphene ដោយគ្មាន nanoscrolls រក្សាបានត្រឹមតែ 25% នៃដំណើរការចាប់ផ្តើមរបស់វា។ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាបូនទាំងអស់ដែលអាចលាតសន្ធឹងបានដែលផលិតដោយប្រើ MGGs ជាអេឡិចត្រូតបង្ហាញការបញ្ជូន> 90% និងរក្សាបាន 60% នៃទិន្នផលបច្ចុប្បន្នដើមរបស់វានៅកម្រិត 120% (ស្របទៅនឹងទិសដៅនៃការដឹកជញ្ជូនបន្ទុក) ។ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាបូនទាំងអស់ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន និងថ្លាខ្លាំងទាំងនេះអាចបើកដំណើរការអុបតូអេឡិចត្រូនិចដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន។
អេឡិចត្រូនិចថ្លាដែលអាចលាតសន្ធឹងបានគឺជាវិស័យដែលកំពុងរីកចម្រើនដែលមានកម្មវិធីសំខាន់ៗនៅក្នុងប្រព័ន្ធជីវចម្រុះកម្រិតខ្ពស់ (1, 2) ក៏ដូចជាសក្តានុពលក្នុងការរួមបញ្ចូលជាមួយឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន (3, 4) ដើម្បីផលិតមនុស្សយន្ត និងអេក្រង់ទន់ទំនើប។ Graphene បង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិដែលចង់បានខ្ពស់នៃកម្រាស់អាតូមិក តម្លាភាពខ្ពស់ និងចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់ ប៉ុន្តែការអនុវត្តរបស់វានៅក្នុងកម្មវិធីដែលអាចលាតសន្ធឹងបានត្រូវបានរារាំងដោយទំនោរក្នុងការបំបែកនៅកម្រិតតូចៗ។ ការយកឈ្នះលើដែនកំណត់មេកានិចនៃ graphene អាចបើកមុខងារថ្មីនៅក្នុងឧបករណ៍ថ្លាដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន។
លក្ខណៈសម្បត្តិតែមួយគត់នៃ graphene ធ្វើឱ្យវាក្លាយជាបេក្ខជនដ៏រឹងមាំសម្រាប់ជំនាន់ក្រោយនៃអេឡិចត្រូតដែលមានតម្លាភាព (5, 6) ។ បើប្រៀបធៀបជាមួយ conductor ថ្លាដែលគេប្រើច្រើនបំផុតគឺ indium tin oxide [ITO; 100 ohms/square (sq) at 90% transparency ], monolayer graphene លូតលាស់​ដោយ​ចំហាយ​គីមី (CVD) មាន​ការ​រួម​បញ្ចូល​គ្នា​នៃ​ភាព​ធន់​នឹង​សន្លឹក (125 ohms/sq) និង​តម្លាភាព (97.4%) (5) ។ លើសពីនេះទៀតខ្សែភាពយន្ត graphene មានភាពបត់បែនមិនធម្មតាបើប្រៀបធៀបទៅនឹង ITO (7) ។ ជាឧទាហរណ៍ នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមផ្លាស្ទិច ចរន្តរបស់វាអាចរក្សាបាន ទោះបីជាកាំពត់កោងតូចរហូតដល់ 0.8 ម (8) ក៏ដោយ។ ដើម្បីបង្កើនប្រសិទ្ធភាពអគ្គិសនីរបស់ខ្លួនជាចំហាយដែលអាចបត់បែនបានប្រកបដោយតម្លាភាព ស្នាដៃមុនៗបានបង្កើតសម្ភារៈកូនកាត់ក្រាហ្វិនជាមួយនឹងខ្សែណាណូវ័រប្រាក់មួយវិមាត្រ (1D) ឬបំពង់ណាណូកាបូន (CNTs) (9-11) ។ លើសពីនេះទៅទៀត graphene ត្រូវបានគេប្រើជាអេឡិចត្រូតសម្រាប់ semiconductor heterostructural វិមាត្រចម្រុះ (ដូចជា 2D bulk Si, 1D nanowires/nanotubes និង 0D quantum dots) (12) ត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលអាចបត់បែនបាន កោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ និងឌីយ៉ូតបញ្ចេញពន្លឺ (LEDs) (13 -២៣)។
ទោះបីជា graphene បានបង្ហាញលទ្ធផលដ៏ជោគជ័យសម្រាប់អេឡិចត្រូនិចដែលអាចបត់បែនបានក៏ដោយ កម្មវិធីរបស់វានៅក្នុងអេឡិចត្រូនិចដែលអាចលាតសន្ធឹងបានត្រូវបានកំណត់ដោយលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចរបស់វា (17, 24, 25); graphene មានភាពរឹងនៅក្នុងយន្តហោះ 340 N/m និងម៉ូឌុល Young នៃ 0.5 TPa (26) ។ បណ្តាញកាបូន-កាបូនដ៏រឹងមាំមិនផ្តល់យន្តការបញ្ចេញថាមពលណាមួយសម្រាប់សំពាធដែលបានអនុវត្តទេ ហើយដូច្នេះវាងាយនឹងបំបែកនៅកម្រិតតិចជាង 5% ។ ឧទាហរណ៍ CVD graphene ផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមយឺត polydimethylsiloxane (PDMS) អាចរក្សាបានតែការប្រព្រឹត្តរបស់វានៅតិចជាង 6% strain (8) ។ ការគណនាតាមទ្រឹស្ដីបង្ហាញថាការគៀប និងអន្តរកម្មរវាងស្រទាប់ផ្សេងៗគួរតែកាត់បន្ថយភាពរឹងខ្លាំង (26)។ ដោយការដាក់ graphene ទៅក្នុងស្រទាប់ជាច្រើន វាត្រូវបានគេរាយការណ៍ថា graphene ទ្វេ ឬបីជាន់នេះអាចលាតសន្ធឹងដល់ 30% ដែលបង្ហាញពីភាពធន់នឹងការផ្លាស់ប្តូរ 13 ដងតូចជាង monolayer graphene (27) ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ភាពធន់នឹងការលាតសន្ធឹងនេះនៅតែទាបជាងយ៉ាងខ្លាំងទៅនឹងឧបករណ៍ពង្រីក c onductors ទំនើបបំផុត (28, 29) ។
ត្រង់ស៊ីស្ទ័រមានសារៈសំខាន់នៅក្នុងកម្មវិធីដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន ព្រោះវាបើកដំណើរការការអានឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដ៏ទំនើប និងការវិភាគសញ្ញា (30, 31)។ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រនៅលើ PDMS ជាមួយ graphene ពហុស្រទាប់ជាប្រភព/បង្ហូរអេឡិចត្រូត និងសម្ភារៈឆានែលអាចរក្សាមុខងារអគ្គិសនីរហូតដល់ 5% strain (32) ដែលទាបជាងតម្លៃអប្បបរមាដែលត្រូវការយ៉ាងសំខាន់ (~50%) សម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាតាមដានសុខភាពដែលអាចពាក់បាន និងស្បែកអេឡិចត្រូនិច ( ៣៣, ៣៤)។ ថ្មីៗនេះវិធីសាស្រ្ត graphene kirigami ត្រូវបានរុករក ហើយត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលបិទដោយអេឡិចត្រូលីតរាវអាចលាតសន្ធឹងដល់ទៅ 240% (35)។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយវិធីសាស្រ្តនេះតម្រូវឱ្យមានការផ្អាក graphene ដែលធ្វើអោយស្មុគស្មាញដល់ដំណើរការផលិត។
នៅទីនេះយើងសម្រេចបាននូវឧបករណ៍ក្រាហ្វិនដែលអាចលាតសន្ធឹងបានខ្ពស់ដោយការធ្វើអន្តរកាលក្រាហ្វិនរមូរ (~ 1 ដល់ 20 μm បណ្តោយ ~ 0.1 ដល់ 1 μm ទទឹង និង ~ 10 ទៅ 100 nm ខ្ពស់) នៅចន្លោះស្រទាប់ក្រាហ្វិន។ យើងសន្មត់ថារមូរ graphene ទាំងនេះអាចផ្តល់នូវផ្លូវនាំទៅរកការបំបែកនៅក្នុងសន្លឹក graphene ដូច្នេះរក្សាបាននូវចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់នៅក្រោមភាពតានតឹង។ រមូរ graphene មិនតម្រូវឱ្យមានការសំយោគបន្ថែមឬដំណើរការ; ពួកវាត្រូវបានបង្កើតឡើងតាមធម្មជាតិក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការផ្ទេរសើម។ ដោយប្រើរមូរ G/G (graphene/graphene) ច្រើនស្រទាប់ (MGGs) graphene stretchable electrodes (ប្រភព/drain and gate) និង semiconducting CNTs យើងអាចបង្ហាញ transistors all-carbon transistors ដែលមានតម្លាភាព និងអាចលាតសន្ធឹងបានខ្ពស់ ដែលអាចលាតសន្ធឹងដល់ 120 % សំពាធ (ស្របទៅនឹងទិសដៅនៃការដឹកជញ្ជូនបន្ទុក) និងរក្សាបាន 60% នៃទិន្នផលបច្ចុប្បន្នដើមរបស់ពួកគេ។ នេះគឺជាត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានជាតិកាបូនថ្លាដែលអាចលាតសន្ធឹងបានច្រើនបំផុតរហូតមកដល់ពេលនេះ ហើយវាផ្តល់ចរន្តគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីជំរុញអំពូល LED អសរីរាង្គ។
ដើម្បីបើកអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិនដែលអាចលាតសន្ធឹងបានក្នុងផ្ទៃធំ យើងបានជ្រើសរើសក្រាហ្វីនដែលលូតលាស់ដោយ CVD នៅលើក្រដាស Cu ។ បន្ទះ Cu ត្រូវបានផ្អាកនៅចំកណ្តាលបំពង់ CVD quartz ដើម្បីអនុញ្ញាតឱ្យមានការលូតលាស់នៃ graphene ទាំងសងខាង បង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធ G/Cu/G ។ ដើម្បីផ្ទេរ graphene ដំបូងយើងបានស្រោបស្រទាប់ស្តើងនៃ poly (methyl methacrylate) (PMMA) ដើម្បីការពារផ្នែកម្ខាងនៃ graphene ដែលយើងបានដាក់ឈ្មោះថា topside graphene (ច្រាសមកវិញសម្រាប់ផ្នែកម្ខាងទៀតនៃ graphene) ហើយជាបន្តបន្ទាប់ ខ្សែភាពយន្តទាំងមូល (PMMA/top graphene/Cu/bottom graphene) ត្រូវបានត្រាំក្នុងដំណោះស្រាយ (NH4)2S2O8 ដើម្បីដកក្រដាស Cu ។ ក្រាហ្វីនផ្នែកខាងក្រោមដោយគ្មានថ្នាំកូត PMMA នឹងមានស្នាមប្រេះ និងពិការភាពដែលអនុញ្ញាតឱ្យសារធាតុអេតចាយជ្រាបចូល (36, 37) ។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបទី 1A ក្រោមឥទ្ធិពលនៃភាពតានតឹងលើផ្ទៃ ដែន graphene ដែលបញ្ចេញបានរមៀលឡើងជារមូរ ហើយភ្ជាប់ជាបន្តបន្ទាប់ទៅលើខ្សែភាពយន្ត G/PMMA កំពូលដែលនៅសល់។ រមូរកំពូល G/G អាចត្រូវបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមណាមួយ ដូចជា SiO2/Si កញ្ចក់ ឬវត្ថុធាតុ polymer ទន់។ ដំណើរការផ្ទេរនេះម្តងទៀតច្រើនដងលើស្រទាប់ខាងក្រោមដូចគ្នាផ្តល់ឱ្យរចនាសម្ព័ន្ធ MGG ។
(ក) ការបង្ហាញពីគ្រោងការណ៍នៃដំណើរការផលិតសម្រាប់ MGGs ជាអេឡិចត្រូតដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន។ កំឡុងពេលផ្ទេរ graphene ក្រាហ្វិនខាងក្រោយនៅលើក្រដាស Cu ត្រូវបានខូចនៅព្រំដែន និងពិការភាព រមៀលឡើងជាទម្រង់បំពាន ហើយភ្ជាប់យ៉ាងតឹងនៅលើខ្សែភាពយន្តខាងលើ បង្កើតជា nanoscrolls ។ រូបថ្លុកទីបួនបង្ហាញពីរចនាសម្ព័ន្ធ MGG ជង់។ (B និង C) លក្ខណៈ TEM គុណភាពបង្ហាញខ្ពស់នៃ monolayer MGG ដោយផ្តោតលើ monolayer graphene (B) និងតំបន់រមូរ (C) រៀងគ្នា។ ធាតុបញ្ចូលនៃ (B) គឺជារូបភាពពង្រីកទាបដែលបង្ហាញពីសរីរវិទ្យាទូទៅនៃ MGGs monolayer នៅលើក្រឡាចត្រង្គ TEM ។ Insets នៃ (C) គឺជាទម្រង់អាំងតង់ស៊ីតេដែលយកតាមប្រអប់រាងចតុកោណដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាព ដែលចម្ងាយរវាងយន្តហោះអាតូមិកគឺ 0.34 និង 0.41 nm ។ (D) វិសាលគម EEL កាបូន K-edge ដែលមានសញ្ញាសម្គាល់កំពូលក្រាហ្វិក π* និង σ* ។ (ង) រូបភាព AFM ផ្នែកនៃ monolayer G/G រមូរជាមួយនឹងទម្រង់កម្ពស់តាមបណ្តោយបន្ទាត់ចំនុចពណ៌លឿង។ (F ទៅ I) មីក្រូទស្សន៍អុបទិក និងរូបភាព AFM នៃ trilayer G ដោយគ្មាន (F និង H) និងជាមួយរមូរ (G និង I) នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si កម្រាស់ 300-nm រៀងគ្នា។ រមូរតំណាងនិងស្នាមជ្រួញត្រូវបានដាក់ស្លាកដើម្បីបញ្ជាក់ពីភាពខុសគ្នារបស់ពួកគេ។
ដើម្បី​ផ្ទៀងផ្ទាត់​ថា​រមូរ​ត្រូវ​បាន​រមៀល​ក្រាហ្វិន​តាម​លក្ខណៈ​ធម្មជាតិ យើង​បាន​ធ្វើ​ការ​សិក្សា​មីក្រូទស្សន៍​អេឡិចត្រុង​បញ្ជូន​កម្រិត​ខ្ពស់ (TEM) និង​ការ​បាត់បង់​ថាមពល​អេឡិចត្រុង (EEL) លើ​រចនាសម្ព័ន្ធ​រមូរ​កំពូល monolayer G/G។ រូបភាពទី 1B បង្ហាញពីរចនាសម្ព័នប្រាំមួយជ្រុងនៃ monolayer graphene ហើយការបញ្ចូលគឺជារូបវិទ្យាទូទៅនៃខ្សែភាពយន្តដែលគ្របដណ្តប់លើរន្ធកាបូនតែមួយនៃក្រឡាចត្រង្គ TEM ។ monolayer graphene លាតសន្ធឹងភាគច្រើននៃក្រឡាចត្រង្គ ហើយបំណែក graphene មួយចំនួននៅក្នុងវត្តមាននៃជង់ជាច្រើននៃចិញ្ចៀន hexagonal លេចឡើង (រូបភាព 1B) ។ តាមរយៈការពង្រីកចូលទៅក្នុងរមូរនីមួយៗ (រូបភាព 1C) យើងបានសង្កេតឃើញចំនួនដ៏ច្រើននៃស៊ុមបន្ទះឈើក្រាហ្វិន ជាមួយនឹងគម្លាតបន្ទះឈើក្នុងចន្លោះពី 0.34 ទៅ 0.41 nm ។ ការវាស់វែងទាំងនេះបង្ហាញថា ដុំដែកត្រូវបានរមៀលឡើងដោយចៃដន្យ ហើយមិនមែនជាក្រាហ្វិចដ៏ល្អឥតខ្ចោះ ដែលមានគម្លាតបន្ទះឈើ 0.34 nm នៅក្នុងការជង់ស្រទាប់ "ABAB" ។ រូបភាពទី 1D បង្ហាញពីវិសាលគមកាបូន K-edge EEL ដែលកំពូលនៅ 285 eV មានប្រភពចេញពីគន្លងπ* និងមួយទៀតនៅជុំវិញ 290 eV គឺដោយសារតែការផ្លាស់ប្តូរនៃគន្លង σ* ។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាការភ្ជាប់ sp2 គ្របដណ្តប់នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធនេះ ដោយផ្ទៀងផ្ទាត់ថារមូរមានក្រាហ្វិកខ្ពស់។
រូបភាពមីក្រូទស្សន៍អុបទិក និងមីក្រូទស្សន៍កម្លាំងអាតូមិក (AFM) ផ្តល់ការយល់ដឹងអំពីការចែកចាយនៃក្រាហ្វិនណាណូស្កូបនៅក្នុង MGGs (រូបភាពទី 1, E ដល់ G និងរូបភព S1 និង S2) ។ រមូរ​ត្រូវ​បាន​ចែកចាយ​ដោយ​ចៃដន្យ​លើ​ផ្ទៃ ហើយ​ដង់ស៊ីតេ​ក្នុង​យន្តហោះ​កើនឡើង​តាម​សមាមាត្រ​ទៅ​នឹង​ចំនួន​ស្រទាប់​ជង់។ រមូរជាច្រើនត្រូវបានជាប់គាំង និងបង្ហាញកម្ពស់មិនស្មើគ្នាក្នុងចន្លោះពី 10 ទៅ 100 nm ។ ពួកវាមានប្រវែងពី 1 ទៅ 20 μm និងទទឹង 0.1 ទៅ 1 μm អាស្រ័យលើទំហំនៃ flakes graphene ដំបូងរបស់ពួកគេ។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបទី 1 (H និង I) រមូរមានទំហំធំជាងស្នាមជ្រីវជ្រួញ ដែលនាំទៅដល់ចំណុចប្រទាក់រដុបជាងនៅចន្លោះស្រទាប់ក្រាហ្វិន។
ដើម្បីវាស់លក្ខណៈអគ្គិសនី យើងបានគូសប្លង់ខ្សែភាពយន្ត graphene ដោយមានឬគ្មានរចនាសម្ព័ន្ធរមូរ និងស្រទាប់ជាជង់ចូលទៅក្នុងបន្ទះដែលមានប្រវែង 300 μm និង 2000 μm ដោយប្រើ photolithography ។ ភាពធន់នឹងការស៊ើបអង្កេតពីរជាមុខងារនៃសំពាធត្រូវបានវាស់នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌជុំវិញ។ វត្តមាននៃរមូរបានកាត់បន្ថយភាពធន់សម្រាប់ monolayer graphene ដោយ 80% ជាមួយនឹងការថយចុះត្រឹមតែ 2.2% នៃការបញ្ជូន (រូបភាព S4) ។ នេះបញ្ជាក់ថា nanoscrolls ដែលមានដង់ស៊ីតេចរន្តខ្ពស់រហូតដល់ 5 × 107 A/cm2 (38, 39) ធ្វើឱ្យមានការរួមចំណែកអគ្គិសនីជាវិជ្ជមានដល់ MGGs ។ ក្នុងចំណោម graphene ធម្មតា mono-, bi- និង trilayer ទាំងអស់ MGGs trilayer មានដំណើរការល្អបំផុតជាមួយនឹងតម្លាភាពស្ទើរតែ 90% ។ ដើម្បីប្រៀបធៀបជាមួយប្រភពផ្សេងទៀតនៃ graphene ដែលបានរាយការណ៍នៅក្នុងអក្សរសិល្ប៍ យើងក៏បានវាស់ស្ទង់ភាពធន់នៃសន្លឹក 4-probe (រូបភព S5) ហើយរាយបញ្ជីពួកវាជាមុខងារនៃការបញ្ជូននៅ 550 nm (រូបភព S6) ក្នុងរូបភាព 2A ។ MGG បង្ហាញពីការប្រៀបធៀប ឬខ្ពស់ជាង និងតម្លាភាពជាង graphene ធម្មតា multila yer ធម្មតា និងកាត់បន្ថយ graphene oxide (RGO) (6, 8, 18) ។ ចំណាំថាភាពធន់នៃសន្លឹកនៃ graphene ធម្មតាពហុស្រទាប់ដែលបានដាក់ជង់សិប្បនិម្មិតពីអក្សរសិល្ប៍គឺខ្ពស់ជាងបន្តិចនៃ MGG របស់យើង ប្រហែលជាដោយសារតែលក្ខខណ្ឌនៃការលូតលាស់ដែលមិនបានធ្វើឱ្យប្រសើរ និងវិធីសាស្ត្រផ្ទេររបស់ពួកគេ។
(ក) ភាពធន់នៃសន្លឹកបួនសន្លឹកធៀបនឹងការបញ្ជូននៅ 550 nm សម្រាប់ប្រភេទជាច្រើននៃ graphene ដែលការ៉េខ្មៅតំណាងឱ្យ mono-, bi- និង trilayer MGGs; រង្វង់ក្រហម និងត្រីកោណពណ៌ខៀវត្រូវគ្នានឹង graphene ធម្មតាពហុស្រទាប់ដែលដាំដុះនៅលើ Cu និង Ni ពីការសិក្សារបស់ Li et al ។ (6) និង Kim et al ។ (8) រៀងគ្នា ហើយផ្ទេរជាបន្តបន្ទាប់ទៅ SiO2/Si ឬរ៉ែថ្មខៀវ។ និងត្រីកោណពណ៌បៃតងគឺជាតម្លៃសម្រាប់ RGO នៅកម្រិតកាត់បន្ថយខុសៗគ្នាពីការសិក្សារបស់ Bonaccorso et al ។ (១៨)។ (B និង C) ការផ្លាស់ប្តូរធន់ទ្រាំធម្មតានៃ mono-, bi- និង trilayer MGGs និង G ជាមុខងារនៃការកាត់កែង (B) និងប៉ារ៉ាឡែល (C) សំពាធទៅទិសដៅនៃលំហូរបច្ចុប្បន្ន។ (ឃ) ការផ្លាស់ប្តូរធន់ទ្រាំធម្មតានៃ bilayer G (ក្រហម) និង MGG (ខ្មៅ) នៅក្រោមបន្ទុកវដ្តផ្ទុករហូតដល់ 50% សំពាធកាត់កែង។ (ង) ការផ្លាស់ប្តូរធន់ទ្រាំធម្មតានៃ trilayer G (ក្រហម) និង MGG (ខ្មៅ) នៅក្រោមបន្ទុករង្វិលជុំដែលផ្ទុករហូតដល់ 90% សំពាធប៉ារ៉ាឡែល។ (F) ការផ្លាស់ប្តូរ capacitance ធម្មតានៃ mono-, bi- និង trilayer G និង bi- និង trilayer MGGs ជាមុខងារ n នៃសំពាធ។ ធាតុបញ្ចូលគឺជារចនាសម្ព័ន្ធ capacitor ដែលស្រទាប់ខាងក្រោមវត្ថុធាតុ polymer គឺ SEBS និងស្រទាប់ polymer dielectric គឺ 2-μm-ក្រាស់ SEBS ។
ដើម្បីវាយតម្លៃការអនុវត្តដែលពឹងផ្អែកលើសំពាធរបស់ MGG យើងបានផ្ទេរ graphene ទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម thermoplastic elastomer styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) (ទទឹង ~ 2 សង់ទីម៉ែត្រ និងបណ្តោយ ~ 5 សង់ទីម៉ែត្រ) ហើយចរន្តអគ្គិសនីត្រូវបានវាស់នៅពេលដែលស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានលាតសន្ធឹង។ (សូមមើលសម្ភារៈ និងវិធីសាស្រ្ត) ទាំងកាត់កែង និងស្របទៅនឹងទិសដៅនៃលំហូរបច្ចុប្បន្ន (រូបភាព 2, B និង C) ។ ឥរិយាបទអគ្គិសនីដែលពឹងផ្អែកលើសំពាធមានភាពប្រសើរឡើងជាមួយនឹងការបញ្ចូល nanoscrolls និងការកើនឡើងចំនួននៃស្រទាប់ graphene ។ ឧទាហរណ៍ នៅពេលដែលសំពាធកាត់កែងទៅនឹងលំហូរបច្ចុប្បន្ន សម្រាប់ monolayer graphene ការបន្ថែមរមូរបានបង្កើនភាពតានតឹងនៅពេលដាច់ចរន្តអគ្គិសនីពី 5 ទៅ 70% ។ ភាពអត់ធ្មត់នៃសំពាធនៃ graphene trilayer ក៏ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងបើប្រៀបធៀបជាមួយនឹង monolayer graphene ។ ជាមួយនឹង nanoscrolls នៅ 100% សំពាធកាត់កែង ភាពធន់នៃរចនាសម្ព័ន្ធ trilayer MGG បានកើនឡើងត្រឹមតែ 50% បើប្រៀបធៀបទៅនឹង 300% សម្រាប់ trilayer graphene ដោយគ្មានរមូរ។ ការផ្លាស់ប្តូរធន់ទ្រាំនៅក្រោមបន្ទុកស៊ីក្លូត្រូវបានស៊ើបអង្កេត។ សម្រាប់ការប្រៀបធៀប (រូបភាព 2D) ភាពធន់នៃខ្សែភាពយន្ត graphene bilayer ធម្មតាបានកើនឡើងប្រហែល 7.5 ដងបន្ទាប់ពីវដ្ត ~ 700 នៅកម្រិតកាត់កែង 50% ហើយបន្តកើនឡើងជាមួយនឹងសំពាធក្នុងវដ្តនីមួយៗ។ ម្យ៉ាងវិញទៀត ភាពធន់នៃ MGG bilayer បានកើនឡើងត្រឹមតែ 2.5 ដងប៉ុណ្ណោះបន្ទាប់ពី ~ 700 វដ្ត។ អនុវត្តរហូតដល់ 90% សំពាធតាមទិសប៉ារ៉ាឡែល ភាពធន់នៃ trilayer graphene បានកើនឡើង ~ 100 ដងបន្ទាប់ពី 1000 វដ្តខណៈពេលដែលវាមានត្រឹមតែ ~ 8 ដងក្នុង trilayer MGG (រូបភាព 2E) ។ លទ្ធផលជិះកង់ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភព។ ស៧. ការកើនឡើងលឿននៃភាពធន់ទ្រាំតាមបណ្តោយទិសដៅនៃសំពាធប៉ារ៉ាឡែលគឺដោយសារតែការតំរង់ទិសនៃការបង្ក្រាបគឺកាត់កែងទៅនឹងទិសដៅនៃលំហូរបច្ចុប្បន្ន។ គម្លាតនៃភាពធន់កំឡុងពេលផ្ទុក និងបន្ទុកគឺដោយសារតែការស្ដារឡើងវិញនូវ viscoelastic នៃស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS elastomer ។ ភាពធន់ទ្រាំមានស្ថេរភាពជាងមុននៃបន្ទះ MGG ក្នុងអំឡុងពេលជិះកង់គឺដោយសារតែវត្តមាននៃរមូរធំ ៗ ដែលអាចភ្ជាប់ផ្នែកដែលប្រេះស្រាំនៃ graphene (ដូចដែលមើលឃើញដោយ AFM) ដែលជួយរក្សាផ្លូវជាប់។ បាតុភូតនៃការរក្សាចរន្តអគ្គិសនីដោយផ្លូវ percolating ត្រូវបានគេរាយការណ៍ពីមុនមកសម្រាប់ខ្សែភាពយន្តដែកប្រេះ ឬ semiconductor នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម elastomer (40, 41) ។
ដើម្បីវាយតម្លៃខ្សែភាពយន្តដែលមានមូលដ្ឋានលើ graphene ទាំងនេះជាអេឡិចត្រូតច្រកទ្វារនៅក្នុងឧបករណ៍ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន យើងបានគ្របដណ្តប់ស្រទាប់ graphene ជាមួយនឹងស្រទាប់ dielectric SEBS (កម្រាស់ 2 μm) និងបានត្រួតពិនិត្យការផ្លាស់ប្តូរ dielectric capacitance ជាមុខងារនៃសំពាធ (សូមមើលរូបភាពទី 2F និងសម្ភារៈបន្ថែមសម្រាប់ ព័ត៌មានលម្អិត)។ យើងបានសង្កេតឃើញថា capacitances ជាមួយ monolayer ធម្មតា និង bilayer graphene electrodes ថយចុះយ៉ាងឆាប់រហ័សដោយសារតែការបាត់បង់នៃ conductivity ក្នុងយន្តហោះនៃ graphene ។ ផ្ទុយទៅវិញ capacitances gated ដោយ MGGs ក៏ដូចជា graphene trilayer ធម្មតាបានបង្ហាញពីការកើនឡើងនៃ capacitance ជាមួយនឹង strain ដែលត្រូវបានរំពឹងទុកដោយសារតែការថយចុះនៃ dielectric thickness ជាមួយនឹងសំពាធ។ ការកើនឡើងនៃសមត្ថភាពដែលរំពឹងទុកបានត្រូវគ្នាយ៉ាងល្អជាមួយនឹងរចនាសម្ព័ន្ធ MGG (រូបភាព S8) ។ នេះបង្ហាញថា MGG គឺសមរម្យជាអេឡិចត្រូតច្រកទ្វារសម្រាប់ត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន។
ដើម្បីស៊ើបអង្កេតបន្ថែមអំពីតួនាទីរបស់រមូរ graphene 1D លើភាពធន់នៃចរន្តអគ្គិសនី និងគ្រប់គ្រងការបំបែករវាងស្រទាប់ graphene បានប្រសើរជាងមុន យើងបានប្រើ CNTs ស្រោបដោយថ្នាំបាញ់ ដើម្បីជំនួសរមូរ graphene (សូមមើល សម្ភារៈបន្ថែម)។ ដើម្បីធ្វើត្រាប់តាមរចនាសម្ព័ន្ធ MGG យើងបានដាក់ដង់ស៊ីតេចំនួនបីនៃ CNTs (នោះគឺ CNT1
(A ដល់ C) រូបភាព AFM នៃដង់ស៊ីតេបីផ្សេងគ្នានៃ CNTs (CNT1
ដើម្បីស្វែងយល់បន្ថែមអំពីសមត្ថភាពរបស់ពួកគេជាអេឡិចត្រូតសម្រាប់អេឡិចត្រូតដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន យើងបានស៊ើបអង្កេតជាប្រព័ន្ធនូវ morphologies នៃ MGG និង G-CNT-G ដែលស្ថិតនៅក្រោមភាពតានតឹង។ មីក្រូទស្សន៍អុបទិក និងមីក្រូស្កូបអេឡិចត្រុងស្កែន (SEM) មិនមែនជាវិធីសាស្ត្រកំណត់លក្ខណៈប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពទេ ព្រោះទាំងពីរខ្វះកម្រិតពណ៌ ហើយ SEM ទទួលរងនូវវត្ថុបុរាណនៃរូបភាពកំឡុងពេលស្កែនអេឡិចត្រុង នៅពេលដែលក្រាហ្វិនស្ថិតនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមវត្ថុធាតុ polymer (រូបភព S9 និង S10)។ ដើម្បីសង្កេតមើលផ្ទៃក្រាហ្វិនដែលស្ថិតនៅក្រោមភាពតានតឹង យើងបានប្រមូលការវាស់វែង AFM នៅលើ MGGs trilayer និង graphene ធម្មតា បន្ទាប់ពីផ្ទេរទៅលើស្រទាប់ស្តើងខ្លាំង (~0.1 mm ក្រាស់) និងស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS យឺត។ ដោយសារតែពិការភាពខាងក្នុងនៃ CVD graphene និងការខូចខាតខាងក្រៅកំឡុងពេលដំណើរការផ្ទេរ ស្នាមប្រេះត្រូវបានបង្កើតដោយជៀសមិនរួចនៅលើ graphene ដែលមានភាពតានតឹង ហើយជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសំពាធ ស្នាមប្រេះកាន់តែក្រាស់ (រូបភាពទី 4, A ដល់ D) ។ អាស្រ័យលើរចនាសម្ព័ន្ធជង់នៃអេឡិចត្រូតដែលមានមូលដ្ឋានលើកាបូន ស្នាមប្រេះបង្ហាញរូបសណ្ឋានផ្សេងៗគ្នា (រូបភព.១១) (២៧)។ ដង់ស៊ីតេនៃផ្ទៃប្រេះ (កំណត់ជាតំបន់ប្រេះ/តំបន់វិភាគ) នៃក្រាហ្វែនពហុស្រទាប់គឺតិចជាងនៃក្រាហ្វីន monolayer បន្ទាប់ពីសំពាធ ដែលស្របនឹងការកើនឡើងនៃចរន្តអគ្គិសនីសម្រាប់ MGGs ។ ម៉្យាងវិញទៀត រមូរត្រូវបានគេសង្កេតឃើញជាញឹកញាប់ដើម្បីបង្រួបបង្រួមស្នាមប្រេះ ដោយផ្តល់នូវផ្លូវចរន្តបន្ថែមនៅក្នុងខ្សែភាពយន្តដែលមានភាពតានតឹង។ ជាឧទាហរណ៍ ដូចដែលមានស្លាកនៅក្នុងរូបភាពនៃរូបទី 4B រមូរធំទូលាយមួយបានឆ្លងកាត់ស្នាមប្រេះនៅក្នុង trilayer MGG ប៉ុន្តែមិនមានរមូរណាមួយត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅក្នុង graphene ធម្មតាទេ (រូបភាពទី 4, E ដល់ H) ។ ស្រដៀងគ្នានេះដែរ CNTs ក៏បានបង្រួបបង្រួមស្នាមប្រេះនៅក្នុង graphene (រូបភាព S11) ។ ដង់ស៊ីតេផ្ទៃប្រេះ ដង់ស៊ីតេនៃផ្ទៃរមូរ និងភាពរដុបនៃខ្សែភាពយន្តត្រូវបានសង្ខេបនៅក្នុងរូបភាព 4K ។
(A ដល់ H) រូបភាព AFM នៃ trilayer G/G រមូរ (A ដល់ D) និងរចនាសម្ព័ន្ធ trilayer G (E ដល់ H) នៅលើ SEBS ស្តើងខ្លាំង (~0.1 mm thick) elastomer នៅ 0, 20, 60, និង 100 % សំពាធ។ ការបង្ក្រាបនិងរមូរតំណាងត្រូវបានចង្អុលបង្ហាញដោយព្រួញ។ រូបភាព AFM ទាំងអស់ស្ថិតនៅក្នុងផ្ទៃ 15 μm × 15 μm ដោយប្រើរបារមាត្រដ្ឋានពណ៌ដូចគ្នាដូចដែលបានដាក់ស្លាក។ (I) ធរណីមាត្រក្លែងធ្វើនៃអេឡិចត្រូត graphene monolayer ដែលមានលំនាំនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ។ (J) ផែនទីវណ្ឌវង្កនៃការក្លែងធ្វើនៃសំពាធលោការីតចម្បងអតិបរមានៅក្នុង monolayer graphene និងស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS នៅកម្រិត 20% ខាងក្រៅ។ (K) ការប្រៀបធៀបដង់ស៊ីតេផ្ទៃប្រេះ (ជួរឈរក្រហម) ដង់ស៊ីតេនៃផ្ទៃរមូរ (ជួរឈរពណ៌លឿង) និងភាពរដុបលើផ្ទៃ (ជួរឈរពណ៌ខៀវ) សម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធក្រាហ្វិនផ្សេងៗគ្នា។
នៅពេលដែលខ្សែភាពយន្ត MGG ត្រូវបានលាតសន្ធឹង វាមានយន្តការបន្ថែមដ៏សំខាន់មួយ ដែលរមូរអាចភ្ជាប់តំបន់ប្រេះស្រាំនៃ graphene ដោយរក្សាបាននូវបណ្តាញ percolating ។ រមូរ graphene មានការសន្យា ដោយសារតែពួកវាអាចមានប្រវែងរាប់សិបមីក្រូម៉ែត្រ ដូច្នេះហើយអាចបិទបាំងស្នាមប្រេះដែលជាធម្មតាមានដល់ខ្នាតមីក្រូម៉ែត្រ។ លើសពីនេះ ដោយសាររមូរមានពហុស្រទាប់នៃ graphene ពួកគេត្រូវបានគេរំពឹងថានឹងមានភាពធន់ទ្រាំទាប។ នៅក្នុងការប្រៀបធៀប បណ្តាញ CNT ដែលមានដង់ស៊ីតេទាប (ការបញ្ជូនទាប) គឺត្រូវបានទាមទារដើម្បីផ្តល់នូវសមត្ថភាពស្ពាន conductive ដែលអាចប្រៀបធៀបបាន ព្រោះថា CNTs មានទំហំតូចជាង (ជាធម្មតាមានប្រវែងមីក្រូម៉ែត្រមួយចំនួន) និងមានចរន្តតិចជាងរមូរ។ ម្យ៉ាងវិញទៀត ដូចដែលបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។ S12 ចំណែកឯ graphene ប្រេះកំឡុងពេលលាតសន្ធឹង ដើម្បីសម្រួលដល់ភាពតានតឹង រមូរមិនប្រេះទេ ដែលបង្ហាញថាក្រោយអាចរអិលលើក្រាហ្វិនខាងក្រោម។ ហេតុផលដែលពួកវាមិនប្រេះគឺទំនងជាដោយសារតែរចនាសម្ព័ន្ធរមៀលឡើងដែលមានស្រទាប់ក្រាហ្វិនជាច្រើន (ប្រវែង ~ 1 ទៅ 2 0 μm, ~ 0.1 ទៅ 1 μmទទឹងនិង ~ 10 ទៅ 100 nm ខ្ពស់) ដែលមាន ម៉ូឌុលដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាង graphene ស្រទាប់តែមួយ។ ដូចដែលបានរាយការណ៍ដោយ Green និង Hersam (42) បណ្តាញ CNT លោហធាតុ (អង្កត់ផ្ចិតបំពង់ 1.0 nm) អាចសម្រេចបាននូវភាពធន់ទ្រាំសន្លឹកទាប <100 ohms / sq ទោះបីជាធន់ទ្រាំនឹងប្រសព្វធំរវាង CNTs ក៏ដោយ។ ដោយពិចារណាថារមូរ graphene របស់យើងមានទទឹងពី 0.1 ទៅ 1 μm ហើយរមូរ G/G មានផ្ទៃទំនាក់ទំនងធំជាង CNTs ភាពធន់នៃទំនាក់ទំនង និងតំបន់ទំនាក់ទំនងរវាងរមូរ graphene និង graphene មិនគួរជាកត្តាកំណត់ដើម្បីរក្សាចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់។
ក្រាហ្វិនមានម៉ូឌូលខ្ពស់ជាងស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ។ ទោះបីជាកម្រាស់ដ៏មានប្រសិទ្ធភាពនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិនគឺទាបជាងស្រទាប់ខាងក្រោមក៏ដោយ ភាពរឹងរបស់ក្រាហ្វិនដងកម្រាស់របស់វាគឺអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោម (43, 44) ដែលបណ្តាលឱ្យមានផលប៉ះពាល់កម្រិតមធ្យម។ យើងបានក្លែងធ្វើការខូចទ្រង់ទ្រាយនៃក្រាហ្វិន 1-nm ក្រាស់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS (សូមមើលសម្ភារៈបន្ថែមសម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត)។ យោងតាមលទ្ធផលនៃការពិសោធន៏ នៅពេលដែលសំពាធ 20% ត្រូវបានអនុវត្តទៅស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ខាងក្រៅ នោះសំពាធជាមធ្យមនៅក្នុងក្រាហ្វិនគឺ ~ 6.6% (រូបភាព 4J និងរូបភព S13D) ដែលស្របនឹងការសង្កេតពិសោធន៍ (សូមមើលរូបភព។ S13) . យើងបានប្រៀបធៀបសំពាធនៅក្នុងតំបន់ graphene និងស្រទាប់ខាងក្រោមដែលមានលំនាំដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍អុបទិក ហើយបានរកឃើញថាសំពាធនៅក្នុងតំបន់ស្រទាប់ខាងក្រោមគឺយ៉ាងហោចណាស់ពីរដងនៃខ្សែនៅក្នុងតំបន់ graphene ។ នេះបង្ហាញថាភាពតានតឹងដែលបានអនុវត្តលើលំនាំអេឡិចត្រូត graphene អាចត្រូវបានបង្ខាំងយ៉ាងខ្លាំង បង្កើតជាកោះរឹង graphene នៅលើកំពូលនៃ SEBS (26, 43, 44) ។
ដូច្នេះ សមត្ថភាពនៃអេឡិចត្រូត MGG ដើម្បីរក្សាបាននូវចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់នៅក្រោមភាពតានតឹងខ្ពស់ទំនងជាត្រូវបានបើកដោយយន្តការសំខាន់ពីរ៖ (i) រមូរអាចភ្ជាប់តំបន់ដែលដាច់ដើម្បីរក្សាផ្លូវ percolation conductive និង (ii) សន្លឹក graphene/elastomer ច្រើនស្រទាប់អាចរអិល។ លើគ្នាទៅវិញទៅមក ដែលបណ្តាលឱ្យមានការថយចុះនៃសំពាធនៅលើអេឡិចត្រូត graphene ។ សម្រាប់ស្រទាប់ជាច្រើននៃ graphene ដែលបានផ្ទេរនៅលើ elastomer ស្រទាប់មិនត្រូវបានភ្ជាប់យ៉ាងរឹងមាំជាមួយគ្នាទៅវិញទៅមក ដែលអាចរអិលក្នុងការឆ្លើយតបទៅនឹងសំពាធ (27)។ រមូរក៏បានបង្កើនភាពរដុបនៃស្រទាប់ graphene ដែលអាចជួយបង្កើនការបំបែករវាងស្រទាប់ graphene ហើយដូច្នេះធ្វើឱ្យការរអិលនៃស្រទាប់ graphene ។
ឧបករណ៍កាបូនទាំងអស់ត្រូវបានបន្តដោយសាទរ ដោយសារតម្លៃទាប និងទិន្នផលខ្ពស់។ ក្នុងករណីរបស់យើង ត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាបូនទាំងអស់ត្រូវបានប្រឌិតដោយប្រើច្រក graphene ខាងក្រោម ទំនាក់ទំនងប្រភព graphene/drain កំពូល ស៊ីស្ទ័រ CNT ដែលត្រូវបានតម្រៀប និង SEBS ជា dielectric (រូបភាព 5A) ។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបទី 5B ឧបករណ៍ដែលមានកាបូនទាំងអស់ដែលមាន CNTs ជាប្រភព/បង្ហូរ និងច្រកទ្វារ (ឧបករណ៍ខាងក្រោម) មានភាពស្រអាប់ជាងឧបករណ៍ដែលមានអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិន (ឧបករណ៍ខាងលើ)។ នេះគឺដោយសារតែបណ្តាញ CNT ត្រូវការកម្រាស់ធំជាង ហើយជាលទ្ធផល ការបញ្ជូនអុបទិកទាប ដើម្បីសម្រេចបាននូវភាពធន់នៃសន្លឹកដែលស្រដៀងទៅនឹង graphene (រូបភព S4)។ រូបភាពទី 5 (C និង D) បង្ហាញពីការផ្ទេរតំណាង និងខ្សែកោងទិន្នផល មុនពេលសំពាធសម្រាប់ត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលផលិតដោយអេឡិចត្រូត MGG bilayer ។ ទទឹងឆានែលនិងប្រវែងនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមិនមានភាពតានតឹងគឺ 800 និង 100 μmរៀងគ្នា។ សមាមាត្របិទ/បើកដែលវាស់វែងគឺធំជាង 103 ជាមួយនឹងចរន្តបើក និងបិទនៅកម្រិត 10−5 និង 10−8 A រៀងគ្នា។ ខ្សែកោងទិន្នផលបង្ហាញរបបលីនេអ៊ែរ និង SA ដ៏ល្អជាមួយនឹងការពឹងផ្អែកវ៉ុលច្រកទ្វារច្បាស់លាស់ ដែលបង្ហាញពីទំនាក់ទំនងដ៏ល្អរវាង CNTs និងអេឡិចត្រូត graphene (45) ។ ភាពធន់នៃទំនាក់ទំនងជាមួយអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិនត្រូវបានគេសង្កេតឃើញថាមានកម្រិតទាបជាងជាមួយនឹងខ្សែភាពយន្ត Au ដែលហួត (សូមមើលរូបភព។ អេស ១៤)។ ភាពចល័តនៃតិត្ថិភាពនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលអាចលាតសន្ធឹងបានគឺប្រហែល 5.6 cm2/Vs ដែលស្រដៀងទៅនឹងត្រង់ស៊ីស្ទ័រ CNT ដែលតម្រៀបវត្ថុធាតុ polymer ដូចគ្នានៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម Si រឹងដែលមាន SiO2 300-nm ជាស្រទាប់ dielectric ។ ភាពប្រសើរឡើងបន្ថែមទៀតនៃការចល័តគឺអាចធ្វើទៅបានជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេបំពង់ដែលប្រសើរឡើង និងប្រភេទផ្សេងទៀតនៃបំពង់ (46) ។
(ក) គ្រោងការណ៍នៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រ stretchable ដែលមានមូលដ្ឋានលើ graphene ។ SWNTs, បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ។ (ខ) រូបថតនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលអាចលាតសន្ធឹងបានធ្វើពីអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីន (ខាងលើ) និងអេឡិចត្រូត CNT (ខាងក្រោម)។ ភាពខុសគ្នានៃតម្លាភាពគឺគួរឱ្យកត់សម្គាល់។ (C និង D) ការផ្ទេរនិងទិន្នផលខ្សែកោងនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានមូលដ្ឋានលើ graphene នៅលើ SEBS មុនពេលសំពាធ។ (E និង F) ផ្ទេរខ្សែកោង ការបើក និងបិទចរន្ត សមាមាត្របើក/បិទ និងការចល័តនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានមូលដ្ឋានលើ graphene តាមប្រភេទផ្សេងៗគ្នា។
នៅពេលដែលឧបករណ៍ថ្លា កាបូនទាំងអស់ត្រូវបានលាតសន្ធឹងក្នុងទិសដៅស្របទៅនឹងទិសដៅដឹកជញ្ជូនបន្ទុក ការរិចរិលតិចតួចត្រូវបានគេសង្កេតឃើញរហូតដល់ 120% នៃសំពាធ។ កំឡុងពេលលាតសន្ធឹង ភាពចល័តបានថយចុះជាបន្តបន្ទាប់ពី 5.6 cm2/Vs នៅកម្រិត 0% ទៅ 2.5 cm2/ Vs នៅកម្រិត 120% (រូបភាព 5F)។ យើងក៏បានប្រៀបធៀបដំណើរការត្រង់ស៊ីស្ទ័រសម្រាប់ប្រវែងឆានែលផ្សេងៗគ្នា (សូមមើលតារាង S1) ។ គួរកត់សម្គាល់ថានៅភាពតានតឹងដែលមានទំហំធំរហូតដល់ 105% ត្រង់ស៊ីស្ទ័រទាំងអស់នេះនៅតែបង្ហាញសមាមាត្របិទ / បើកខ្ពស់ (> 103) និងភាពចល័ត (> 3 cm2 / Vs) ។ លើសពីនេះទៀត យើងបានសង្ខេបការងារថ្មីៗទាំងអស់លើត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានកាបូនទាំងអស់ (សូមមើលតារាង S2) (47–52)។ តាមរយៈការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពការផលិតឧបករណ៍នៅលើ elastomers និងការប្រើប្រាស់ MGGs ជាទំនាក់ទំនង ត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាបូនទាំងអស់របស់យើងបង្ហាញពីដំណើរការល្អទាក់ទងនឹងការចល័ត និង hysteresis ក៏ដូចជាអាចលាតសន្ធឹងបានខ្ពស់។
ក្នុងនាមជាការអនុវត្តនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានតម្លាភាពពេញលេញ និងអាចលាតសន្ធឹងបាន យើងបានប្រើវាដើម្បីគ្រប់គ្រងការប្តូររបស់ LED (រូបភាព 6A) ។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបទី 6B អំពូល LED ពណ៌បៃតងអាចមើលឃើញយ៉ាងច្បាស់តាមរយៈឧបករណ៍ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាននូវកាបូនទាំងអស់ដែលដាក់ដោយផ្ទាល់ខាងលើ។ ខណៈពេលដែលលាតសន្ធឹងដល់ ~ 100% (រូបភាពទី 6, C និង D) អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺ LED មិនផ្លាស់ប្តូរទេ ដែលវាស៊ីគ្នានឹងដំណើរការនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលបានពិពណ៌នាខាងលើ (សូមមើលខ្សែភាពយន្ត S1) ។ នេះគឺជារបាយការណ៍ដំបូងនៃអង្គភាពត្រួតពិនិត្យដែលអាចលាតសន្ធឹងបានដែលផលិតដោយប្រើអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិន ដែលបង្ហាញពីលទ្ធភាពថ្មីសម្រាប់អេឡិចត្រូនិចដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន graphene ។
(ក) សៀគ្វីនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រដើម្បីជំរុញ LED ។ GND, ដី។ (ខ) រូបថតនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាបូនទាំងអស់ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន និងមានតម្លាភាពនៅកម្រិត 0% ដែលបានម៉ោនខាងលើ LED ពណ៌បៃតង។ (គ) ត្រង់ស៊ីស្ទ័រថ្លា និងអាចលាតសន្ធឹងបានកាបូនទាំងអស់ដែលប្រើដើម្បីប្តូរ LED កំពុងត្រូវបានម៉ោនខាងលើ LED នៅ 0% (ឆ្វេង) និង ~ 100% សំពាធ (ស្តាំ) ។ ព្រួញពណ៌សចង្អុលជាសញ្ញាសម្គាល់ពណ៌លឿងនៅលើឧបករណ៍ ដើម្បីបង្ហាញការផ្លាស់ប្តូរចម្ងាយដែលកំពុងលាតសន្ធឹង។ (ឃ) ទិដ្ឋភាពចំហៀងនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រលាតសន្ធឹង ដោយមាន LED រុញចូលទៅក្នុង elastomer ។
សរុបសេចក្តីមក យើងបានបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធ graphene conductive ថ្លា ដែលរក្សាបាននូវ conductive ខ្ពស់ នៅក្រោម strains ធំៗ ដូចជា electrodes ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន បើកដោយ graphene nanoscrolls នៅចន្លោះស្រទាប់ graphene ជង់។ រចនាសម្ព័ន្ធអេឡិចត្រូត MGG ពីរជាន់ និង trilayer ទាំងនេះនៅលើ elastomer អាចរក្សាបាននូវ 21 និង 65% រៀងគ្នា នៃ 0% strain conductivities របស់ពួកគេនៅសំពាធខ្ពស់រហូតដល់ 100% បើប្រៀបធៀបទៅនឹងការបាត់បង់ពេញលេញនៃ conductivity នៅ 5% សំពាធសម្រាប់អេឡិចត្រូត graphene monolayer ធម្មតា . ផ្លូវ conductive បន្ថែមនៃ graphene រមូរ ក៏ដូចជាអន្តរកម្មខ្សោយរវាងស្រទាប់ដែលបានផ្ទេរ រួមចំណែកដល់ស្ថេរភាព conductivity ដ៏ប្រសើរនៅក្រោមភាពតានតឹង។ យើងបានអនុវត្តរចនាសម្ព័ន្ធ graphene នេះបន្ថែមទៀតដើម្បីផលិតត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលអាចលាតសន្ធឹងបានដោយកាបូនទាំងអស់។ រហូតមកដល់ពេលនេះ នេះគឺជាត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានមូលដ្ឋានលើ graphene ដែលអាចលាតសន្ធឹងបានបំផុតជាមួយនឹងតម្លាភាពល្អបំផុតដោយមិនប្រើ buckling ។ ទោះបីជាការសិក្សាបច្ចុប្បន្នត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីបើក graphene សម្រាប់អេឡិចត្រូនិចដែលអាចលាតសន្ធឹងបានក៏ដោយ ក៏យើងជឿថាវិធីសាស្រ្តនេះអាចត្រូវបានពង្រីកទៅសម្ភារៈ 2D ផ្សេងទៀតដើម្បីបើកអេឡិចត្រូនិច 2D ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន។
CVD graphene ផ្ទៃដីធំត្រូវបានដាំដុះនៅលើសន្លឹក Cu ដែលត្រូវបានផ្អាក (99.999%; Alfa Aesar) ក្រោមសម្ពាធថេរនៃ 0.5 mtorr ជាមួយនឹង 50–SCCM (ស្តង់ដារគូបសង់ទីម៉ែត្រក្នុងមួយនាទី) CH4 និង 20–SCCM H2 ជាមុនគេនៅ 1000°C ។ ផ្នែកទាំងពីរនៃ foil Cu ត្រូវបានគ្របដណ្តប់ដោយ monolayer graphene ។ ស្រទាប់ស្តើងនៃ PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) ត្រូវបានស្រោបនៅផ្នែកម្ខាងនៃ foil Cu បង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធ PMMA/G/Cu foil/G ។ ក្រោយមក ខ្សែភាពយន្តទាំងមូលត្រូវត្រាំក្នុងសូលុយស្យុង 0.1 M ammonium persulfate [(NH4)2S2O8] ប្រហែល 2 ម៉ោង ដើម្បីដក foil Cu ។ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការនេះ ក្រាហ្វីនខាងក្រោយដែលមិនបានការពារដំបូងបានហែកតាមបណ្តោយព្រំដែនគ្រាប់ធញ្ញជាតិ ហើយបន្ទាប់មករមៀលឡើងចូលទៅក្នុងរមូរដោយសារតែភាពតានតឹងលើផ្ទៃ។ រមូរត្រូវបានភ្ជាប់ទៅខ្សែភាពយន្តក្រាហ្វិនខាងលើដែលគាំទ្រដោយ PMMA បង្កើតជារមូរ PMMA/G/G ។ ខ្សែភាពយន្តទាំងនោះត្រូវបានលាងសម្អាតជាបន្តបន្ទាប់ក្នុងទឹក deionized ជាច្រើនដង ហើយដាក់លើស្រទាប់ខាងក្រោមគោលដៅ ដូចជា SiO2/Si ឬស្រទាប់ខាងក្រោមប្លាស្ទិក។ ដរាបណាខ្សែភាពយន្តដែលភ្ជាប់មកជាមួយស្ងួតនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម គំរូ w ដែលត្រូវបានត្រាំជាបន្តបន្ទាប់នៅក្នុងអាសេតូន 1: 1 អាសេតូន/IPA (ជាតិអាល់កុល isopropyl) និង IPA សម្រាប់ 30 វិនាទីនីមួយៗដើម្បីលុប PMMA ។ ខ្សែភាពយន្តត្រូវបានកំដៅនៅ 100 ° C រយៈពេល 15 នាទី ឬទុកក្នុងកន្លែងទំនេរមួយយប់ ដើម្បីយកទឹកដែលជាប់គាំងចេញទាំងស្រុង មុនពេលស្រទាប់ G/G ផ្សេងទៀតត្រូវបានផ្ទេរទៅវា។ ជំហាននេះគឺដើម្បីជៀសវាងការផ្តាច់ខ្សែភាពយន្ត graphene ចេញពីស្រទាប់ខាងក្រោម និងធានាបាននូវការគ្របដណ្តប់ពេញលេញនៃ MGGs កំឡុងពេលការចេញផ្សាយនៃស្រទាប់ដឹកជញ្ជូន PMMA ។
រូបវិទ្យានៃរចនាសម្ព័ន្ធ MGG ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍អុបទិក (Leica) និងមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កែន (1 kV; FEI) ។ មីក្រូទស្សន៍កម្លាំងអាតូមិក (Nanoscope III, Digital Instrument) ត្រូវបានដំណើរការក្នុងរបៀបប៉ះ ដើម្បីសង្កេតមើលព័ត៌មានលម្អិតនៃរមូរ G ។ ភាពថ្លានៃខ្សែភាពយន្តត្រូវបានសាកល្បងដោយឧបករណ៍វាស់ស្ទង់កាំរស្មីអ៊ុលត្រាវីយូឡេ (Agilent Cary 6000i)។ សម្រាប់ការធ្វើតេស្តនៅពេលដែលសំពាធនៅតាមបណ្តោយទិសដៅកាត់កែងនៃលំហូរបច្ចុប្បន្ន រូបថតលីតូប និងប្លាស្មា O2 ត្រូវបានប្រើដើម្បីធ្វើគំរូរចនាសម្ព័ន្ធក្រាហ្វិនទៅជាបន្ទះ (~ 300 μm ទទឹង និង ~ 2000 μm) ហើយអេឡិចត្រូត Au (50 nm) ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលដោយកំដៅដោយប្រើ របាំងស្រមោលនៅចុងទាំងពីរនៃផ្នែកវែង។ បន្ទាប់មកបន្ទះ graphene ត្រូវបានគេដាក់ទំនាក់ទំនងជាមួយ SEBS elastomer (ទទឹង ~ 2 សង់ទីម៉ែត្រនិងបណ្តោយ ~ 5 សង់ទីម៉ែត្រ) ជាមួយនឹងអ័ក្សវែងនៃបន្ទះស្របទៅនឹងផ្នែកខ្លីនៃ SEBS បន្តដោយ BOE (ឆ្លាក់អុកស៊ីត) (HF:H2O ១:៦) ការ​ឆ្លាក់​និង​ធាតុ​ដែក​អ៊ីដ្រូសែន​ហ្គាលីញ៉ូម (អ៊ីហ្គាអ៊ីន) ជា​ទំនាក់ទំនង​អគ្គិសនី។ សម្រាប់ការធ្វើតេស្តសំពាធប៉ារ៉ាឡែល រចនាសម្ព័ន្ធ graphene es ដែលមិនមានលំនាំ (~5 × 10 មម) ត្រូវបានផ្ទេរទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ដោយមានអ័ក្សវែងស្របទៅនឹងផ្នែកវែងនៃស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ។ សម្រាប់ករណីទាំងពីរ G ទាំងមូល (ដោយគ្មានរមូរ G) / SEBS ត្រូវបានលាតសន្ធឹងតាមបណ្តោយផ្នែកវែងនៃ elastomer នៅក្នុងឧបករណ៍ដោយដៃ ហើយនៅកន្លែងនោះ យើងបានវាស់ស្ទង់ការផ្លាស់ប្តូរភាពធន់របស់ពួកគេក្រោមសំពាធនៅលើស្ថានីយ៍ស៊ើបអង្កេតជាមួយនឹងឧបករណ៍វិភាគ semiconductor (Keithley 4200 ។ - អេសស៊ីអេស) ។
ត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាបូនទាំងអស់ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន និងថ្លាខ្ពស់នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមយឺតត្រូវបានប្រឌិតដោយនីតិវិធីដូចខាងក្រោម ដើម្បីជៀសវាងការខូចខាតសារធាតុរំលាយសរីរាង្គនៃវត្ថុធាតុ polymer dielectric និងស្រទាប់ខាងក្រោម។ រចនាសម្ព័ន្ធ MGG ត្រូវបានផ្ទេរទៅ SEBS ជាអេឡិចត្រូតច្រកទ្វារ។ ដើម្បីទទួលបានស្រទាប់ឌីអេឡិចត្រិចវត្ថុធាតុ polymer ស្តើងឯកសណ្ឋាន (កម្រាស់ 2 μm) សូលុយស្យុង SEBS toluene (80 mg/ml) ត្រូវបានស្រោបលើស្រទាប់ខាងក្រោម octadecyltrichlorosilane (OTS)-កែប្រែ SiO2/Si នៅ 1000 rpm រយៈពេល 1 នាទី។ ខ្សែភាពយន្ត dielectric ស្តើងអាចផ្ទេរបានយ៉ាងងាយស្រួលពីផ្ទៃ OTS hydrophobic ទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ដែលគ្របដណ្ដប់ដោយ graphene ដូចដែលបានរៀបចំ។ capacitor អាច​ត្រូវ​បាន​បង្កើត​ឡើង​ដោយ​ដាក់​អេឡិចត្រូត​កំពូល​លោហៈរាវ (EGaIn; Sigma-Aldrich) ដើម្បី​កំណត់​សមត្ថភាព​ជា​មុខងារ​នៃ​សំពាធ​ដោយ​ប្រើ LCR (inductance, capacitance, resistance) ម៉ែត្រ (Agilent) ។ ផ្នែកផ្សេងទៀតនៃត្រង់ស៊ីស្ទ័រមាន CNTs semiconducting តម្រៀបវត្ថុធាតុ polymer តាមនីតិវិធីដែលបានរាយការណ៍ពីមុន (53) ។ អេឡិចត្រុដប្រភព/បង្ហូរ es ដែលមានលំនាំត្រូវបានប្រឌិតនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si រឹង។ បនា្ទាប់មក ផ្នែកទាំងពីរគឺ dielectric/G/SEBS និង CNTs/patterned G/SiO2/Si ត្រូវបានស្រោបគ្នាទៅវិញទៅមក ហើយត្រាំក្នុង BOE ដើម្បីយកស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si រឹងចេញ។ ដូច្នេះត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានតម្លាភាព និងអាចលាតសន្ធឹងបានយ៉ាងពេញលេញត្រូវបានប្រឌិត។ ការធ្វើតេស្តអគ្គិសនីនៅក្រោមសំពាធត្រូវបានអនុវត្តនៅលើការដំឡើង stretching ដោយដៃដែលជាវិធីសាស្រ្តដែលបានរៀបរាប់ខាងលើ។
សម្ភារៈបន្ថែមសម្រាប់អត្ថបទនេះមាននៅ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
រូបភព។ ស១. រូបភាពមីក្រូទស្សន៍អុបទិកនៃ monolayer MGG នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SiO2/Si នៅកម្រិតពង្រីកផ្សេងគ្នា។
រូបភព។ ស ៤. ការប្រៀបធៀបភាពធន់នៃសន្លឹកស៊ើបអង្កេតពីរ និងការបញ្ជូន @550 nm នៃ mono-, bi- និង trilayer graphene ធម្មតា (ការ៉េខ្មៅ), MGG (រង្វង់ក្រហម) និង CNTs (ត្រីកោណពណ៌ខៀវ) ។
រូបភព។ ស៧. ការផ្លាស់ប្តូរធន់ទ្រាំធម្មតានៃ mono- និង bilayer MGGs (ខ្មៅ) និង G (ក្រហម) ក្រោម ~ 1000 cylic strain ផ្ទុករហូតដល់ 40 និង 90% សំពាធប៉ារ៉ាឡែលរៀងគ្នា។
រូបភព។ ស១០. រូបភាព SEM នៃ trilayer MGG នៅលើ SEBS elastomer បន្ទាប់ពីសំពាធ ដែលបង្ហាញពីការរមូរដ៏វែងឆ្លងកាត់លើស្នាមប្រេះជាច្រើន។
រូបភព។ ស១២. រូបភាព AFM នៃ trilayer MGG នៅលើ SEBS elastomer ស្តើងខ្លាំងនៅកម្រិត 20% ដែលបង្ហាញថារមូរមួយបានឆ្លងកាត់ស្នាមប្រេះ។
តារាង S1 ។ ការចល័តរបស់ MGG-ជញ្ជាំងតែមួយ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ ណាណូ កាបោន នៅប្រវែង ឆានែលផ្សេងគ្នា មុន និងក្រោយសំពាធ។
នេះគឺជាអត្ថបទបើកចំហដែលចែកចាយក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃអាជ្ញាប័ណ្ណ Creative Commons Attribution-NonCommercial ដែលអនុញ្ញាតឱ្យប្រើប្រាស់ ការចែកចាយ និងការផលិតឡើងវិញនៅក្នុងមជ្ឈដ្ឋានណាមួយ ដរាបណាការប្រើប្រាស់លទ្ធផលគឺមិនមែនសម្រាប់ផលប្រយោជន៍ពាណិជ្ជកម្ម ហើយផ្តល់ការងារដើមឱ្យបានត្រឹមត្រូវ។ ដកស្រង់
ចំណាំ៖ យើងស្នើសុំតែអាសយដ្ឋានអ៊ីមែលរបស់អ្នក ដើម្បីឲ្យមនុស្សដែលអ្នកកំពុងណែនាំទំព័រនោះ ដឹងថាអ្នកចង់ឱ្យពួកគេឃើញវា ហើយថាវាមិនមែនជាសារឥតបានការទេ។ យើងមិនចាប់យកអាសយដ្ឋានអ៊ីមែលណាមួយទេ។
សំណួរនេះគឺសម្រាប់សាកល្បងថាតើអ្នកជាអ្នកចូលមើលមនុស្សឬអត់ និងដើម្បីការពារការបញ្ជូនសារឥតបានការដោយស្វ័យប្រវត្តិ។
ដោយ Nan Liu, Alex Chortos, Ting Lei, Lihua Jin, Taeho Roy Kim, Won-Gyu Bae, Chenxin Zhu, Sihong Wang, Raphael Pfattner, Xiyuan Chen, Robert Sinclair, Zhenan Bao
ដោយ Nan Liu, Alex Chortos, Ting Lei, Lihua Jin, Taeho Roy Kim, Won-Gyu Bae, Chenxin Zhu, Sihong Wang, Raphael Pfattner, Xiyuan Chen, Robert Sinclair, Zhenan Bao
© 2021 សមាគមអាមេរិចសម្រាប់ការជឿនលឿននៃវិទ្យាសាស្ត្រ។ រក្សាសិទ្ធិគ្រប់យ៉ាង។ AAAS គឺជាដៃគូរបស់ HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef និង COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548។