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) (13-23)។
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 ដែលមាន graphene ពហុស្រទាប់ជាប្រភព/បង្ហូរអេឡិចត្រូត និងសម្ភារៈឆានែលអាចរក្សាមុខងារអគ្គិសនីរហូតដល់ 5% strain (32) ដែលទាបជាងតម្លៃអប្បបរមាដែលត្រូវការយ៉ាងសំខាន់ (~50%) សម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាតាមដានសុខភាពដែលអាចពាក់បាន និងស្បែកអេឡិចត្រូនិច (33, 34) ។ 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។ ដោយប្រើពហុស្រទាប់ G/G (graphene/graphene) រមូរ (MGGs) graphene stretchable electrodes (ប្រភព/drain and gate) និង semiconducting CNTs យើងអាចបង្ហាញ transistors all-carbon transistors ដែលមានតម្លាភាពខ្ពស់ និងអាចលាតសន្ធឹងបានរហូតដល់ 120% strain (parallel to 0) នៃចរន្តនៃចរន្ត 6។ នេះគឺជាត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលមានជាតិកាបូនថ្លាដែលអាចលាតសន្ធឹងបានច្រើនបំផុតរហូតមកដល់ពេលនេះ ហើយវាផ្តល់ចរន្តគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីជំរុញអំពូល LED អសរីរាង្គ។
ដើម្បីបើកអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិនដែលអាចលាតសន្ធឹងបានក្នុងផ្ទៃធំ យើងបានជ្រើសរើសក្រាហ្វីនដែលលូតលាស់ដោយ CVD នៅលើក្រដាស Cu ។ បន្ទះ Cu ត្រូវបានផ្អាកនៅចំកណ្តាលបំពង់ CVD quartz ដើម្បីអនុញ្ញាតឱ្យមានការលូតលាស់នៃ graphene ទាំងសងខាង បង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធ G/Cu/G ។ ដើម្បីផ្ទេរ graphene ដំបូង យើងបានស្រោបស្រទាប់ស្តើងនៃ poly (methyl methacrylate) (PMMA) ដើម្បីការពារផ្នែកម្ខាងនៃ graphene ដែលយើងដាក់ឈ្មោះថា topside graphene (ច្រាសមកវិញសម្រាប់ផ្នែកម្ខាងទៀតនៃ graphene) ហើយជាបន្តបន្ទាប់ ខ្សែភាពយន្តទាំងមូល (PMMA/top graphene/Cu/ graphene បាត) ត្រូវបានត្រាំក្នុងដំណោះស្រាយ Cu2H ។ 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 (សូមមើល សម្ភារៈ និងវិធីសាស្រ្តនៃលំហូរស្របគ្នា) ទាំងពីរ។ 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 និងបន្ទុកគឺដោយសារតែការស្តារឡើងវិញនូវ viscoelastic នៃស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS elastomer ។ ភាពធន់ទ្រាំមានស្ថេរភាពជាងមុននៃបន្ទះ MGG ក្នុងអំឡុងពេលជិះកង់គឺដោយសារតែវត្តមាននៃរមូរធំ ៗ ដែលអាចភ្ជាប់ផ្នែកដែលប្រេះស្រាំនៃ graphene (ដូចដែលមើលឃើញដោយ AFM) ដែលជួយរក្សាផ្លូវជាប់។ បាតុភូតនៃការរក្សាចរន្តអគ្គិសនីដោយផ្លូវ percolating ត្រូវបានគេរាយការណ៍ពីមុនសម្រាប់ខ្សែភាពយន្តដែកប្រេះ ឬ semiconductor នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម elastomer (40, 41) ។
ដើម្បីវាយតម្លៃខ្សែភាពយន្តដែលមានមូលដ្ឋានលើ graphene ទាំងនេះជាអេឡិចត្រូតច្រកទ្វារនៅក្នុងឧបករណ៍ដែលអាចលាតសន្ធឹងបាន យើងបានគ្របដណ្តប់ស្រទាប់ graphene ជាមួយនឹងស្រទាប់ dielectric SEBS (កម្រាស់ 2 μm) និងបានត្រួតពិនិត្យការផ្លាស់ប្តូរ dielectric capacitance ជាមុខងារនៃសំពាធ (សូមមើលរូបភាពទី 2F និងសម្ភារៈបន្ថែមសម្រាប់ព័ត៌មានលម្អិត) ។ 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) elastomer នៅកម្រិត 0, 20, 60 និង 100% ។ 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។ មូលហេតុដែលពួកវាមិនប្រេះស្រាំទំនងជាដោយសារតែរចនាសម្ព័ន្ធរមៀលឡើង ដែលផ្សំឡើងដោយស្រទាប់ក្រាហ្វិនជាច្រើន (~1 ដល់ 2 0 μm បណ្តោយ ~ 0.1 ដល់ 1 μm ទទឹង និង ~10 ទៅ 100 nm ខ្ពស់) ដែលមានម៉ូឌុលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាង 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 ច្រើនស្រទាប់អាចរអិលលើគ្នាទៅវិញទៅមក ដែលបណ្តាលឱ្យមានការថយចុះនៃបន្ទុកលើអេឡិចត្រូត 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 ។ ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងបន្ថែមទៀតនៃការចល័តគឺអាចធ្វើទៅបានជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេបំពង់ដែលប្រសើរឡើងនិងប្រភេទផ្សេងទៀតនៃបំពង់ (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 ទ្វេ និងបីជាន់ទាំងនេះនៅលើ elastomer អាចរក្សាបាននូវ 21 និង 65% រៀងគ្នានៃ 0% strain conductivities របស់ពួកគេនៅសំពាធរហូតដល់ 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) ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលកំដៅដោយប្រើរបាំងស្រមោលនៅចុងទាំងពីរនៃផ្នែកវែង។ បន្ទះ graphene ត្រូវបានដាក់ឱ្យជាប់ជាមួយនឹង SEBS elastomer (ទទឹង 2 សង់ទីម៉ែត្រ និងបណ្តោយ ~ 5 សង់ទីម៉ែត្រ) ជាមួយនឹងអ័ក្សវែងនៃបន្ទះស្របទៅនឹងផ្នែកខាងខ្លីនៃ SEBS បន្តដោយ BOE (ការឆ្លាក់អុកស៊ីត buffered) (HF:H2O 1:6) etching និង eutectic gallium indium) ជាទំនាក់ទំនងអគ្គិសនី (EGsaIndium) ។ សម្រាប់ការធ្វើតេស្តសំពាធប៉ារ៉ាឡែល រចនាសម្ព័ន្ធ graphene es ដែលមិនមានលំនាំ (~5 × 10 មម) ត្រូវបានផ្ទេរទៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ដោយមានអ័ក្សវែងស្របទៅនឹងផ្នែកវែងនៃស្រទាប់ខាងក្រោម SEBS ។ សម្រាប់ករណីទាំងពីរនេះ G ទាំងមូល (ដោយគ្មានរមូរ G)/SEBS ត្រូវបានលាតសន្ធឹងតាមបណ្តោយផ្នែកវែងនៃ elastomer នៅក្នុងឧបករណ៍ដោយដៃ ហើយនៅកន្លែងនោះ យើងបានវាស់ស្ទង់ការផ្លាស់ប្តូរធន់ទ្រាំរបស់ពួកគេនៅក្រោមសំពាធនៅលើស្ថានីយ៍ស៊ើបអង្កេតជាមួយនឹងឧបករណ៍វិភាគ semiconductor (Keithley 4200-SCS) ។
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។
នេះគឺជាអត្ថបទបើកចំហរដែលចែកចាយក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃអាជ្ញាប័ណ្ណ Creative Commons Attribution-NonCommercial ដែលអនុញ្ញាតឱ្យប្រើប្រាស់ ចែកចាយ និងផលិតឡើងវិញនៅក្នុងមជ្ឈដ្ឋានណាមួយ ដរាបណាការប្រើប្រាស់លទ្ធផលគឺមិនមែនសម្រាប់ផលប្រយោជន៍ពាណិជ្ជកម្ម ហើយផ្តល់ឱ្យការងារដើមត្រូវបានដកស្រង់ត្រឹមត្រូវ។
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។