அல்ட்ராட்ரான்ஸ்பரண்ட் மற்றும் நீட்டிக்கக்கூடிய கிராபெனின் மின்முனைகள்

கிராபெனின் போன்ற இரு பரிமாண பொருட்கள், வழக்கமான குறைக்கடத்தி பயன்பாடுகள் மற்றும் நெகிழ்வான மின்னணுவியலில் புதிய பயன்பாடுகள் ஆகிய இரண்டிற்கும் கவர்ச்சிகரமானவை. இருப்பினும், கிராபெனின் அதிக இழுவிசை வலிமை குறைந்த அழுத்தத்தில் முறிவு ஏற்படுகிறது, இது நீட்டிக்கக்கூடிய மின்னணுவியலில் அதன் அசாதாரண மின்னணு பண்புகளைப் பயன்படுத்திக் கொள்வது சவாலானது. வெளிப்படையான கிராபெனின் கடத்திகளின் சிறந்த திரிபு சார்ந்த செயல்திறனை செயல்படுத்த, பல அடுக்கு கிராபெனின்/கிராபெனின் சுருள்கள் (MGGs) என குறிப்பிடப்படும் அடுக்கப்பட்ட கிராபெனின் அடுக்குகளுக்கு இடையில் கிராபெனின் நானோஸ்க்ரோல்களை உருவாக்கினோம். அழுத்தத்தின் கீழ், சில சுருள்கள் அதிக விகாரங்களில் சிறந்த கடத்துத்திறனைச் செயல்படுத்தும் பெர்கோலேட்டிங் நெட்வொர்க்கை பராமரிக்க கிராபெனின் துண்டு துண்டான டொமைன்களை இணைக்கின்றன. எலாஸ்டோமர்களில் ஆதரிக்கப்படும் ட்ரைலேயர் எம்ஜிஜிக்கள் அவற்றின் அசல் கடத்துத்திறனில் 65% 100% விகாரத்தில் தக்கவைத்துக் கொண்டன, இது தற்போதைய ஓட்டத்தின் திசைக்கு செங்குத்தாக உள்ளது, அதேசமயம் நானோ ஸ்க்ரோல்கள் இல்லாத கிராபெனின் ட்ரைலேயர் படங்கள் அவற்றின் தொடக்க நடத்தையில் 25% மட்டுமே தக்கவைத்துக்கொள்கின்றன. MGGகளை மின்முனைகளாகப் பயன்படுத்தி புனையப்பட்ட நீட்டிக்கக்கூடிய அனைத்து-கார்பன் டிரான்சிஸ்டர்> 90% பரிமாற்றத்தை வெளிப்படுத்தியது மற்றும் அதன் அசல் மின்னோட்ட வெளியீட்டில் 60% 120% விகாரத்தில் (சார்ஜ் போக்குவரத்தின் திசைக்கு இணையாக) தக்க வைத்துக் கொண்டது. இந்த மிகவும் நீட்டிக்கக்கூடிய மற்றும் வெளிப்படையான அனைத்து கார்பன் டிரான்சிஸ்டர்கள் அதிநவீன நீட்டிக்கக்கூடிய ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸை செயல்படுத்த முடியும்.
நீட்டிக்கக்கூடிய வெளிப்படையான எலக்ட்ரானிக்ஸ் என்பது வளர்ந்து வரும் துறையாகும், இது மேம்பட்ட உயிரி ஒருங்கிணைந்த அமைப்புகளில் (1, 2) முக்கியமான பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் அதிநவீன மென்மையான ரோபாட்டிக்ஸ் மற்றும் காட்சிகளை உருவாக்க நீட்டிக்கக்கூடிய ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் (3, 4) உடன் ஒருங்கிணைக்கும் திறனைக் கொண்டுள்ளது. கிராபெனின் அணு தடிமன், அதிக வெளிப்படைத்தன்மை மற்றும் அதிக கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றின் மிகவும் விரும்பத்தக்க பண்புகளை வெளிப்படுத்துகிறது, ஆனால் நீட்டிக்கக்கூடிய பயன்பாடுகளில் அதன் செயலாக்கம் சிறிய விகாரங்களில் விரிசல் ஏற்படும் அதன் போக்கால் தடுக்கப்பட்டுள்ளது. கிராபெனின் இயந்திர வரம்புகளைக் கடப்பது நீட்டிக்கக்கூடிய வெளிப்படையான சாதனங்களில் புதிய செயல்பாட்டை செயல்படுத்தும்.
கிராபெனின் தனித்துவமான பண்புகள் அடுத்த தலைமுறை வெளிப்படையான கடத்தும் மின்முனைகளுக்கு (5, 6) வலுவான வேட்பாளராக அமைகின்றன. மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் வெளிப்படையான கடத்தியுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​இண்டியம் டின் ஆக்சைடு [ITO; 100 ohms/square (sq) 90% வெளிப்படைத்தன்மை ], இரசாயன நீராவி படிவு (CVD) மூலம் வளர்க்கப்படும் மோனோலேயர் கிராபெனின் தாள் எதிர்ப்பு (125 ohms/sq) மற்றும் வெளிப்படைத்தன்மை (97.4%) (5) ஆகியவற்றின் ஒத்த கலவையைக் கொண்டுள்ளது. கூடுதலாக, கிராபெனின் படங்கள் ITO (7) உடன் ஒப்பிடும்போது அசாதாரண நெகிழ்வுத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு பிளாஸ்டிக் அடி மூலக்கூறில், அதன் கடத்துத்திறன் 0.8 மிமீ (8) அளவுக்கு சிறிய வளைவு வளைவு ஆரம் வரை தக்கவைக்கப்படலாம். ஒரு வெளிப்படையான நெகிழ்வான கடத்தியாக அதன் மின் செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்த, முந்தைய படைப்புகள் ஒரு பரிமாண (1D) வெள்ளி நானோவாய்கள் அல்லது கார்பன் நானோகுழாய்கள் (CNTகள்) (9-11) கொண்ட கிராபெனின் கலப்பினப் பொருட்களை உருவாக்கியுள்ளன. மேலும், கலப்பு பரிமாண ஹீட்டோரோஸ்ட்ரக்சுரல் குறைக்கடத்திகளுக்கு (2D மொத்த Si, 1D நானோவாய்கள்/நானோகுழாய்கள் மற்றும் 0D குவாண்டம் புள்ளிகள்) (12), நெகிழ்வான டிரான்சிஸ்டர்கள், சூரிய மின்கலங்கள் மற்றும் ஒளி-உமிழும் டையோட்கள் (எல்இடிகள்) (13) ஆகியவற்றிற்கான மின்முனைகளாக கிராபெனின் பயன்படுத்தப்படுகிறது. –23).
நெகிழ்வான மின்னணுவியலுக்கு கிராபெனின் நம்பிக்கைக்குரிய முடிவுகளைக் காட்டியிருந்தாலும், நீட்டிக்கக்கூடிய மின்னணுவியலில் அதன் பயன்பாடு அதன் இயந்திர பண்புகளால் வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது (17, 24, 25); கிராபெனின் விமானத்தில் விறைப்புத்தன்மை 340 N/m மற்றும் யங் மாடுலஸ் 0.5 TPa (26). வலுவான கார்பன்-கார்பன் நெட்வொர்க் பயன்படுத்தப்பட்ட திரிபுக்கு எந்த ஆற்றல் சிதறல் வழிமுறைகளையும் வழங்காது, எனவே 5% க்கும் குறைவான விகாரத்தில் உடனடியாக விரிசல் ஏற்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, பாலிடிமெதில்சிலோக்சேன் (PDMS) மீள் மூலக்கூறுக்கு மாற்றப்பட்ட CVD கிராபெனின் கடத்துத்திறனை 6% க்கும் குறைவான விகாரத்தில் மட்டுமே பராமரிக்க முடியும் (8). கோட்பாட்டு கணக்கீடுகள் வெவ்வேறு அடுக்குகளுக்கு இடையில் நொறுங்குதல் மற்றும் இடைச்செருகல் விறைப்பை வலுவாகக் குறைக்க வேண்டும் என்பதைக் காட்டுகின்றன (26). கிராபெனை பல அடுக்குகளாக அடுக்கி வைப்பதன் மூலம், இந்த இரு- அல்லது ட்ரைலேயர் கிராபெனின் 30% திரிபுக்கு நீட்டக்கூடியது என்று தெரிவிக்கப்படுகிறது, இது மோனோலேயர் கிராபெனின் (27) விட 13 மடங்கு சிறிய எதிர்ப்பு மாற்றத்தை வெளிப்படுத்துகிறது. இருப்பினும், இந்த நீட்சித்தன்மை இன்னும் அதிநவீன நீட்டிக்கக்கூடிய c கடத்திகள் (28, 29) விட கணிசமாகக் குறைவாக உள்ளது.
டிரான்சிஸ்டர்கள் நீட்டிக்கக்கூடிய பயன்பாடுகளில் முக்கியமானவை, ஏனெனில் அவை அதிநவீன சென்சார் ரீட்அவுட் மற்றும் சிக்னல் பகுப்பாய்வை செயல்படுத்துகின்றன (30, 31). பல அடுக்கு கிராபெனை மூல/வடிகால் மின்முனைகளாகக் கொண்ட PDMS இல் உள்ள டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் சேனல் மெட்டீரியல் 5% ஸ்ட்ரெய்ன் (32) வரை மின் செயல்பாட்டைப் பராமரிக்க முடியும். 33, 34). சமீபத்தில், ஒரு கிராபென் கிரிகாமி அணுகுமுறை ஆராயப்பட்டது, மேலும் ஒரு திரவ எலக்ட்ரோலைட் மூலம் டிரான்சிஸ்டரை 240% (35) வரை நீட்டிக்க முடியும். இருப்பினும், இந்த முறைக்கு இடைநீக்கம் செய்யப்பட்ட கிராபெனின் தேவைப்படுகிறது, இது புனையமைப்பு செயல்முறையை சிக்கலாக்குகிறது.
இங்கே, கிராபெனின் அடுக்குகளுக்கு இடையில் கிராபெனின் சுருள்களை (~ 1 முதல் 20 μm நீளம், ~ 0.1 முதல் 1 μm அகலம் மற்றும் ~ 10 முதல் 100 nm உயரம் வரை) ஒன்றோடொன்று இணைப்பதன் மூலம் அதிக நீட்டக்கூடிய கிராபெனின் சாதனங்களை அடைகிறோம். இந்த கிராபெனின் சுருள்கள் கிராபெனின் தாள்களில் உள்ள விரிசல்களுக்கு கடத்தும் பாதைகளை வழங்கக்கூடும் என்று நாங்கள் கருதுகிறோம், இதனால் அதிக கடத்துத்திறன் அழுத்தத்தின் கீழ் பராமரிக்கப்படுகிறது. கிராபெனின் சுருள்களுக்கு கூடுதல் தொகுப்பு அல்லது செயல்முறை தேவையில்லை; ஈரமான பரிமாற்ற செயல்முறையின் போது அவை இயற்கையாகவே உருவாகின்றன. மல்டிலேயர் ஜி/ஜி (கிராபெனின்/கிராபெனின்) சுருள்கள் (எம்ஜிஜிக்கள்) கிராபெனின் நீட்டக்கூடிய மின்முனைகள் (மூலம்/வடிகால் மற்றும் கேட்) மற்றும் செமிகண்டக்டிங் சிஎன்டிகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், 120 வரை நீட்டிக்கக்கூடிய மிகவும் வெளிப்படையான மற்றும் அதிக நீட்டக்கூடிய அனைத்து கார்பன் டிரான்சிஸ்டர்களை எங்களால் நிரூபிக்க முடிந்தது. % திரிபு (சார்ஜ் போக்குவரத்தின் திசைக்கு இணையாக) மற்றும் அவற்றின் அசல் மின்னோட்ட வெளியீட்டில் 60 % தக்கவைக்கிறது. இது இதுவரை நீட்டிக்கக்கூடிய வெளிப்படையான கார்பன் அடிப்படையிலான டிரான்சிஸ்டர் ஆகும், மேலும் இது ஒரு கனிம LED ஐ இயக்க போதுமான மின்னோட்டத்தை வழங்குகிறது.
பெரிய பகுதி வெளிப்படையான நீட்டிக்கக்கூடிய கிராபெனின் மின்முனைகளை இயக்க, Cu படலத்தில் CVD-வளர்ந்த கிராபெனைத் தேர்ந்தெடுத்தோம். Cu படலம் CVD குவார்ட்ஸ் குழாயின் மையத்தில் இடைநிறுத்தப்பட்டு இருபுறமும் கிராபெனின் வளர்ச்சியை அனுமதிக்கும், G/Cu/G கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகிறது. கிராபெனை மாற்ற, கிராபெனின் ஒரு பக்கத்தைப் பாதுகாக்க முதலில் பாலி (மெத்தில் மெதக்ரிலேட்) (பிஎம்எம்ஏ) ஒரு மெல்லிய அடுக்கை ஸ்பின்-கோட் செய்தோம், அதற்கு டாப்சைட் கிராபெனின் (கிராபெனின் மறுபக்கத்திற்கு நேர்மாறாக) என்று பெயரிட்டோம். முழு படமும் (PMMA/top graphene/Cu/bottom graphene) Cu படலத்தை பொறிக்க (NH4)2S2O8 கரைசலில் ஊறவைக்கப்பட்டது. பிஎம்எம்ஏ பூச்சு இல்லாத கீழ்-பக்க கிராபெனின் பிளவுகள் மற்றும் குறைபாடுகள் தவிர்க்க முடியாமல் ஒரு எச்சண்ட் வழியாக ஊடுருவ அனுமதிக்கும் (36, 37). படம் 1A இல் விளக்கப்பட்டுள்ளபடி, மேற்பரப்பு பதற்றத்தின் விளைவின் கீழ், வெளியிடப்பட்ட கிராபெனின் களங்கள் சுருள்களாக உருட்டப்பட்டு, பின்னர் மீதமுள்ள டாப்-ஜி/பிஎம்எம்ஏ படத்துடன் இணைக்கப்பட்டன. டாப்-ஜி/ஜி ஸ்க்ரோல்களை SiO2/Si, கண்ணாடி அல்லது மென்மையான பாலிமர் போன்ற எந்த அடி மூலக்கூறுக்கும் மாற்றலாம். இந்த பரிமாற்ற செயல்முறையை ஒரே அடி மூலக்கூறில் பல முறை மீண்டும் செய்வது MGG கட்டமைப்புகளை வழங்குகிறது.
(A) நீட்டிக்கக்கூடிய மின்முனையாக MGGகளுக்கான புனையமைப்பு செயல்முறையின் திட்டவட்டமான விளக்கம். கிராபெனின் பரிமாற்றத்தின் போது, ​​Cu படலத்தின் பின்புற கிராபெனின் எல்லைகள் மற்றும் குறைபாடுகளில் உடைக்கப்பட்டு, தன்னிச்சையான வடிவங்களாக உருட்டப்பட்டு, மேல் படலங்களில் இறுக்கமாக இணைக்கப்பட்டு, நானோ சுருள்களை உருவாக்குகிறது. நான்காவது கார்ட்டூன் அடுக்கப்பட்ட எம்ஜிஜி அமைப்பைச் சித்தரிக்கிறது. (பி மற்றும் சி) மோனோலேயர் எம்ஜிஜியின் உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட டிஇஎம் குணாதிசயங்கள், முறையே மோனோலேயர் கிராபெனின் (பி) மற்றும் ஸ்க்ரோல் (சி) பகுதியில் கவனம் செலுத்துகிறது. (B) இன் இன்செட் என்பது TEM கிரிட்டில் உள்ள மோனோலேயர் MGGகளின் ஒட்டுமொத்த உருவ அமைப்பைக் காட்டும் குறைந்த உருப்பெருக்கப் படமாகும். (C) இன்செட்கள் என்பது படத்தில் சுட்டிக்காட்டப்பட்ட செவ்வகப் பெட்டிகளுடன் எடுக்கப்பட்ட தீவிர சுயவிவரங்கள் ஆகும், அங்கு அணு விமானங்களுக்கு இடையே உள்ள தூரம் 0.34 மற்றும் 0.41 nm ஆகும். (D ) கார்பன் K-எட்ஜ் EEL ஸ்பெக்ட்ரம் கிராஃபிடிக் π* மற்றும் σ* சிகரங்கள் என்று பெயரிடப்பட்டது. (இ) மஞ்சள் புள்ளியிடப்பட்ட கோட்டுடன் உயர சுயவிவரத்துடன் கூடிய மோனோலேயர் ஜி/ஜி ஸ்க்ரோல்களின் பகுதி AFM படம். (F முதல் I வரை) ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோபி மற்றும் AFM படங்களின் டிரைலேயர் G இன் (F மற்றும் H) இல்லாமல் மற்றும் ஸ்க்ரோல்களுடன் (G மற்றும் I) முறையே 300-nm-தடிமனான SiO2/Si அடி மூலக்கூறுகளில். பிரதிநிதித்துவ சுருள்கள் மற்றும் சுருக்கங்கள் அவற்றின் வேறுபாடுகளை முன்னிலைப்படுத்த பெயரிடப்பட்டன.
சுருள்கள் இயற்கையில் உருட்டப்பட்ட கிராபெனின் என்பதைச் சரிபார்க்க, மோனோலேயர் டாப்-ஜி/ஜி ஸ்க்ரோல் கட்டமைப்புகளில் உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (TEM) மற்றும் எலக்ட்ரான் ஆற்றல் இழப்பு (EEL) ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி ஆய்வுகளை நடத்தினோம். படம் 1B ஒரு மோனோலேயர் கிராபெனின் அறுகோண அமைப்பைக் காட்டுகிறது, மேலும் இன்செட் என்பது TEM கட்டத்தின் ஒற்றை கார்பன் துளையில் மூடப்பட்டிருக்கும் படத்தின் ஒட்டுமொத்த உருவ அமைப்பாகும். ஒற்றை அடுக்கு கிராபெனின் கட்டத்தின் பெரும்பகுதியை பரப்புகிறது, மேலும் அறுகோண வளையங்களின் பல அடுக்குகளின் முன்னிலையில் சில கிராபெனின் செதில்கள் தோன்றும் (படம் 1B). ஒரு தனிப்பட்ட ஸ்க்ரோலில் (படம் 1C) பெரிதாக்குவதன் மூலம், 0.34 முதல் 0.41 nm வரம்பில் உள்ள லட்டு இடைவெளியுடன், பெரிய அளவிலான கிராபெனின் லட்டு விளிம்புகளைக் கண்டோம். இந்த அளவீடுகள், செதில்கள் தோராயமாக சுருட்டப்பட்டு, சரியான கிராஃபைட் அல்ல, "ABAB" லேயர் ஸ்டேக்கிங்கில் 0.34 nm லட்டு இடைவெளியைக் கொண்டுள்ளது. படம் 1D கார்பன் K-எட்ஜ் EEL ஸ்பெக்ட்ரம் காட்டுகிறது, அங்கு 285 eV இல் உச்சம் π* சுற்றுப்பாதையில் இருந்து உருவாகிறது மற்றும் மற்றொன்று 290 eV சுற்றி σ* சுற்றுப்பாதையின் மாற்றத்தால் ஏற்படுகிறது. இந்த அமைப்பில் sp2 பிணைப்பு ஆதிக்கம் செலுத்துவதைக் காணலாம், சுருள்கள் மிகவும் கிராஃபிட்டிக் என்பதைச் சரிபார்க்கிறது.
ஒளியியல் நுண்ணோக்கி மற்றும் அணுசக்தி நுண்ணோக்கி (AFM) படங்கள் MGG களில் கிராபெனின் நானோஸ்க்ரோல்களின் விநியோகம் பற்றிய நுண்ணறிவை வழங்குகின்றன (படம். 1, E முதல் G, மற்றும் அத்திப்பழம். S1 மற்றும் S2). சுருள்கள் தோராயமாக மேற்பரப்பில் விநியோகிக்கப்படுகின்றன, மேலும் அடுக்கப்பட்ட அடுக்குகளின் எண்ணிக்கைக்கு விகிதாசாரமாக அவற்றின் உள்ள-பிளேன் அடர்த்தி அதிகரிக்கிறது. பல சுருள்கள் முடிச்சுகளாக சிக்கலாகி 10 முதல் 100 nm வரம்பில் சீரற்ற உயரங்களை வெளிப்படுத்துகின்றன. அவை 1 முதல் 20 μm நீளமும் 0.1 முதல் 1 μm அகலமும் கொண்டவை, அவற்றின் ஆரம்ப கிராபெனின் செதில்களின் அளவைப் பொறுத்து. படம் 1 (H மற்றும் I) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, சுருள்கள் சுருக்கங்களை விட பெரிய அளவுகளைக் கொண்டுள்ளன, இது கிராபெனின் அடுக்குகளுக்கு இடையில் மிகவும் கடினமான இடைமுகத்திற்கு வழிவகுக்கிறது.
மின் பண்புகளை அளவிட, ஸ்க்ரோல் கட்டமைப்புகளுடன் அல்லது இல்லாமல் கிராபெனின் படங்களை வடிவமைத்தோம் மற்றும் ஃபோட்டோலித்தோகிராஃபியைப் பயன்படுத்தி 300-μm-அகலம் மற்றும் 2000-மைக்ரான்-நீளமான கீற்றுகளாக அடுக்கி வைக்கிறோம். திரிபு செயல்பாடாக இரண்டு-ஆய்வு எதிர்ப்புகள் சுற்றுப்புற நிலைமைகளின் கீழ் அளவிடப்பட்டன. சுருள்களின் இருப்பு மோனோலேயர் கிராபெனின் எதிர்ப்பை 80% ஆல் குறைத்தது, பரிமாற்றத்தில் 2.2% மட்டுமே குறைவு (அத்தி. S4). 5 × 107 A/cm2 (38, 39 ) வரை அதிக மின்னோட்ட அடர்த்தி கொண்ட நானோஸ்க்ரோல்கள் MGG களுக்கு மிகவும் சாதகமான மின் பங்களிப்பை வழங்குகின்றன என்பதை இது உறுதிப்படுத்துகிறது. அனைத்து மோனோ-, இரு- மற்றும் ட்ரைலேயர் ப்ளைன் கிராபென் மற்றும் MGG களில், ட்ரைலேயர் MGG கிட்டத்தட்ட 90% வெளிப்படைத்தன்மையுடன் சிறந்த கடத்தலைக் கொண்டுள்ளது. இலக்கியத்தில் பதிவாகியுள்ள கிராபெனின் மற்ற ஆதாரங்களுடன் ஒப்பிட்டுப் பார்க்க, நாங்கள் நான்கு-ஆய்வு தாள் எதிர்ப்பையும் (fig. S5) அளந்தோம் மற்றும் அவற்றை படம் 2A இல் 550 nm (fig. S6) இல் கடத்தும் செயல்பாடாக பட்டியலிட்டோம். MGG செயற்கையாக அடுக்கப்பட்ட மல்டிலா இயர் ப்ளைன் கிராபெனின் மற்றும் குறைக்கப்பட்ட கிராபெனின் ஆக்சைடு (RGO) (6, 8, 18) ஆகியவற்றை விட ஒப்பிடக்கூடிய அல்லது அதிக கடத்துத்திறன் மற்றும் வெளிப்படைத்தன்மையைக் காட்டுகிறது. இலக்கியத்தில் இருந்து செயற்கையாக அடுக்கப்பட்ட மல்டிலேயர் ப்ளைன் கிராபெனின் தாள் எதிர்ப்பானது நமது MGG ஐ விட சற்று அதிகமாக உள்ளது, ஒருவேளை அவற்றின் மேம்படுத்தப்படாத வளர்ச்சி நிலைகள் மற்றும் பரிமாற்ற முறை காரணமாக இருக்கலாம்.
(A) பல வகையான கிராபெனின்களுக்கு 550 nm இல் டிரான்ஸ்மிட்டன்ஸ் மற்றும் நான்கு-ஆய்வு தாள் எதிர்ப்புகள், கருப்பு சதுரங்கள் மோனோ-, இரு- மற்றும் ட்ரைலேயர் MGG களைக் குறிக்கின்றன; சிவப்பு வட்டங்கள் மற்றும் நீல முக்கோணங்கள் Li et al இன் ஆய்வுகளிலிருந்து Cu மற்றும் Ni இல் வளர்க்கப்பட்ட பல அடுக்கு வெற்று கிராபெனுடன் ஒத்துப்போகின்றன. (6) மற்றும் கிம் மற்றும் பலர். (8), முறையே, பின்னர் SiO2/Si அல்லது குவார்ட்ஸ் மீது மாற்றப்பட்டது; மற்றும் பச்சை முக்கோணங்கள் பொனாக்கோர்சோ மற்றும் பலரின் ஆய்வில் இருந்து வெவ்வேறு குறைக்கும் அளவுகளில் RGO ​​க்கான மதிப்புகள். (18) (B மற்றும் C) மின்னோட்ட ஓட்டத்தின் திசையில் செங்குத்தாக (B) மற்றும் இணையான (C) திரிபு ஆகியவற்றின் செயல்பாடாக மோனோ-, இரு- மற்றும் ட்ரைலேயர் MGGகள் மற்றும் G ஆகியவற்றின் இயல்பான எதிர்ப்பு மாற்றம். (D) 50% செங்குத்தாக திரிபு ஏற்றுதல் சுழற்சி விகாரத்தின் கீழ் பிலேயர் ஜி (சிவப்பு) மற்றும் எம்ஜிஜி (கருப்பு) ஆகியவற்றின் இயல்பான எதிர்ப்பு மாற்றம். (இ) ட்ரைலேயர் ஜி (சிவப்பு) மற்றும் எம்ஜிஜி (கருப்பு) ஆகியவற்றின் இயல்பான எதிர்ப்பு மாற்றம் சுழற்சி விகாரத்தின் கீழ் 90% இணையான விகாரத்தை ஏற்றுகிறது. (F) மோனோ-, இரு- மற்றும் ட்ரைலேயர் ஜி மற்றும் இரு- மற்றும் ட்ரைலேயர் எம்ஜிஜிகளின் இயல்பான கொள்ளளவு மாற்றம் திரிபு செயல்பாடாக. இன்செட் என்பது மின்தேக்கி அமைப்பாகும், இதில் பாலிமர் அடி மூலக்கூறு SEBS மற்றும் பாலிமர் மின்கடத்தா அடுக்கு 2-μm-தடிமன் கொண்ட SEBS ஆகும்.
எம்ஜிஜியின் திரிபு சார்ந்த செயல்திறனை மதிப்பிடுவதற்கு, கிராபெனை தெர்மோபிளாஸ்டிக் எலாஸ்டோமர் ஸ்டைரீன்-எத்திலீன்-பியூடாடீன்-ஸ்டைரீன் (SEBS) அடி மூலக்கூறுகளுக்கு (~2 செ.மீ அகலம் மற்றும் ~5 செ.மீ நீளம்) மாற்றினோம், மேலும் அடி மூலக்கூறு நீட்டப்பட்டதால் கடத்துத்திறன் அளவிடப்பட்டது. (பொருட்கள் மற்றும் முறைகளைப் பார்க்கவும்) தற்போதைய ஓட்டத்தின் திசைக்கு செங்குத்தாகவும் இணையாகவும் (படம் 2, பி மற்றும் சி). நானோ ஸ்க்ரோல்களின் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் கிராபெனின் அடுக்குகளின் எண்ணிக்கை அதிகரிப்பதன் மூலம் திரிபு சார்ந்த மின் நடத்தை மேம்படுத்தப்பட்டது. எடுத்துக்காட்டாக, திரிபு தற்போதைய ஓட்டத்திற்கு செங்குத்தாக இருக்கும்போது, ​​மோனோலேயர் கிராபெனுக்கு, சுருள்களைச் சேர்ப்பது மின் முறிவின் போது 5 முதல் 70% வரை அழுத்தத்தை அதிகரிக்கிறது. மோனோலேயர் கிராபெனுடன் ஒப்பிடும்போது ட்ரைலேயர் கிராபெனின் திரிபு சகிப்புத்தன்மையும் கணிசமாக மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. நானோ ஸ்க்ரோல்களுடன், 100% செங்குத்தாக திரிபு, ட்ரைலேயர் எம்ஜிஜி கட்டமைப்பின் எதிர்ப்பு 50% மட்டுமே அதிகரித்தது, சுருள்கள் இல்லாத ட்ரைலேயர் கிராபெனின் 300% உடன் ஒப்பிடுகையில். சுழற்சி திரிபு ஏற்றுதலின் கீழ் எதிர்ப்பு மாற்றம் ஆராயப்பட்டது. ஒப்பிடுகையில் (படம். 2D), 50% செங்குத்தாக விகாரத்தில் ~700 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு ஒரு வெற்று இரு அடுக்கு கிராபெனின் படத்தின் எதிர்ப்புகள் சுமார் 7.5 மடங்கு அதிகரித்தன. மறுபுறம், ஒரு இரு அடுக்கு MGG இன் எதிர்ப்பானது ~700 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு சுமார் 2.5 மடங்கு அதிகரித்தது. இணையான திசையில் 90% விகாரத்தைப் பயன்படுத்துவதால், 1000 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு ட்ரைலேயர் கிராபெனின் எதிர்ப்பு ~100 மடங்கு அதிகரித்தது, அதேசமயம் இது ஒரு ட்ரைலேயர் எம்ஜிஜியில் ~8 மடங்கு மட்டுமே (படம். 2E). சைக்கிள் ஓட்டுதல் முடிவுகள் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளன. S7. இணையான திரிபு திசையில் எதிர்ப்பின் ஒப்பீட்டளவில் விரைவான அதிகரிப்பு, ஏனெனில் விரிசல்களின் நோக்குநிலை தற்போதைய ஓட்டத்தின் திசைக்கு செங்குத்தாக உள்ளது. SEBS எலாஸ்டோமர் அடி மூலக்கூறின் விஸ்கோலாஸ்டிக் மீட்பு காரணமாக ஏற்றுதல் மற்றும் இறக்குதல் திரிபுகளின் போது எதிர்ப்பின் விலகல் ஏற்படுகிறது. சைக்கிள் ஓட்டுதலின் போது MGG கீற்றுகளின் மிகவும் நிலையான எதிர்ப்பானது, கிராபெனின் விரிசல் பகுதிகளை (AFM ஆல் கவனிக்கப்பட்டது) பாலம் செய்யக்கூடிய பெரிய சுருள்கள் இருப்பதால், ஒரு ஊடுருவும் பாதையை பராமரிக்க உதவுகிறது. எலாஸ்டோமர் அடி மூலக்கூறுகளில் (40, 41) கிராக் செய்யப்பட்ட உலோகம் அல்லது குறைக்கடத்தி படங்களுக்கு ஒரு துளையிடும் பாதை மூலம் கடத்துத்திறனை பராமரிக்கும் இந்த நிகழ்வு முன்னர் தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது.
இந்த கிராபெனின் அடிப்படையிலான படங்களை நீட்டிக்கக்கூடிய சாதனங்களில் கேட் எலக்ட்ரோடுகளாக மதிப்பிட, கிராபெனின் லேயரை SEBS மின்கடத்தா அடுக்கு (2 μm தடிமன்) கொண்டு மூடி, மின்கடத்தா கொள்ளளவு மாற்றத்தை ஸ்ட்ரெய்னின் செயல்பாடாகக் கண்காணித்தோம் (படம். 2F மற்றும் துணைப் பொருட்களைப் பார்க்கவும். விவரங்கள்). கிராபெனின் விமானத்தில் கடத்துத்திறன் இழப்பதால் வெற்று மோனோலேயர் மற்றும் பைலேயர் கிராபெனின் மின்முனைகள் கொண்ட கொள்ளளவுகள் விரைவாகக் குறைவதை நாங்கள் கவனித்தோம். இதற்கு நேர்மாறாக, MGGகள் மற்றும் ப்ளைன் ட்ரைலேயர் கிராபெனின் மூலம் பெறப்பட்ட கொள்ளளவுகள் திரிபு கொண்ட மின்தேக்கியின் அதிகரிப்பைக் காட்டியது, இது விகாரத்துடன் மின்கடத்தா தடிமன் குறைவதால் எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. மின்தேக்கியில் எதிர்பார்க்கப்படும் அதிகரிப்பு MGG அமைப்புடன் நன்றாகப் பொருந்தியது (fig. S8). நீட்டிக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டர்களுக்கான கேட் மின்முனையாக MGG பொருத்தமானது என்பதை இது குறிக்கிறது.
மின் கடத்துத்திறனின் திரிபு சகிப்புத்தன்மையில் 1D கிராபெனின் ஸ்க்ரோலின் பங்கை மேலும் ஆராயவும், கிராபெனின் அடுக்குகளுக்கு இடையில் பிரிப்பதை சிறப்பாகக் கட்டுப்படுத்தவும், கிராபெனின் சுருள்களை மாற்றுவதற்கு ஸ்ப்ரே-கோடட் சிஎன்டிகளைப் பயன்படுத்தினோம் (துணைப் பொருட்களைப் பார்க்கவும்). MGG கட்டமைப்புகளைப் பிரதிபலிக்க, CNTகளின் மூன்று அடர்த்திகளை (அதாவது CNT1) டெபாசிட் செய்தோம்.
(A முதல் C வரை) CNTகளின் மூன்று வெவ்வேறு அடர்த்திகளின் AFM படங்கள் (CNT1
நீட்டிக்கக்கூடிய எலக்ட்ரானிக்ஸ் மின்முனைகளாக அவற்றின் திறனை மேலும் புரிந்து கொள்ள, எம்ஜிஜி மற்றும் ஜி-சிஎன்டி-ஜி ஆகியவற்றின் உருவ அமைப்புகளை நாங்கள் முறையாக ஆராய்ந்தோம். ஒளியியல் நுண்ணோக்கி மற்றும் ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) ஆகியவை பயனுள்ள குணாதிசய முறைகள் அல்ல, ஏனெனில் இரண்டும் நிற மாறுபாடு இல்லாதது மற்றும் கிராபெனின் பாலிமர் அடி மூலக்கூறுகளில் (அத்தி. S9 மற்றும் S10) இருக்கும்போது எலக்ட்ரான் ஸ்கேனிங்கின் போது பட கலைப்பொருட்களுக்கு SEM உட்பட்டது. கிராபெனின் மேற்பரப்பை அழுத்தத்தின் கீழ் இருப்பதைக் காண, மிக மெல்லிய (~0.1 மிமீ தடிமன்) மற்றும் எலாஸ்டிக் SEBS அடி மூலக்கூறுகளுக்கு மாற்றிய பின் ட்ரைலேயர் MGGகள் மற்றும் எளிய கிராபெனின் மீது AFM அளவீடுகளைச் சேகரித்தோம். CVD கிராபெனின் உள்ளார்ந்த குறைபாடுகள் மற்றும் பரிமாற்ற செயல்பாட்டின் போது வெளிப்புற சேதம் காரணமாக, விரிசல் தவிர்க்க முடியாமல் வடிகட்டப்பட்ட கிராபெனின் மீது உருவாக்கப்படுகிறது, மேலும் அதிகரிக்கும் திரிபு மூலம், விரிசல்கள் அடர்த்தியாகின்றன (படம் 4, A முதல் D வரை). கார்பன் அடிப்படையிலான மின்முனைகளின் குவியலிடுதல் கட்டமைப்பைப் பொறுத்து, விரிசல்கள் வெவ்வேறு உருவ அமைப்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன (அத்தி. S11) (27). பல அடுக்கு கிராபெனின் விரிசல் பகுதி அடர்த்தி (விரிசல் பகுதி/பகுப்பாய்வு பகுதி என வரையறுக்கப்படுகிறது) திரிபுக்கு பிறகு மோனோலேயர் கிராபெனை விட குறைவாக உள்ளது, இது MGG களுக்கான மின் கடத்துத்திறன் அதிகரிப்புடன் ஒத்துப்போகிறது. மறுபுறம், விரிசல்களைக் குறைக்க சுருள்கள் அடிக்கடி கவனிக்கப்படுகின்றன, இது வடிகட்டிய படத்தில் கூடுதல் கடத்தும் பாதைகளை வழங்குகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, படம். 4B இன் படத்தில் பெயரிடப்பட்டுள்ளபடி, ட்ரைலேயர் MGG இல் ஒரு விரிசல் மீது ஒரு பரந்த சுருள் கடந்து சென்றது, ஆனால் ப்ளைன் கிராபெனில் (படம் 4, E முதல் H வரை) எந்த உருட்டும் காணப்படவில்லை. இதேபோல், CNT களும் கிராபெனில் உள்ள விரிசல்களைக் குறைக்கின்றன (fig. S11). படங்களின் விரிசல் பகுதி அடர்த்தி, உருள் பகுதி அடர்த்தி மற்றும் கடினத்தன்மை ஆகியவை படம் 4K இல் சுருக்கப்பட்டுள்ளன.
(A முதல் H வரை) 0, 20, 60 மற்றும் 100 இல் மிக மெல்லிய SEBS (~0.1 மிமீ தடிமன்) எலாஸ்டோமரில் ட்ரைலேயர் G/G சுருள்கள் (A முதல் D வரை) மற்றும் ட்ரைலேயர் G கட்டமைப்புகள் (E முதல் H வரை) ஆகியவற்றின் சிட்டு AFM படங்கள் % திரிபு. பிரதிநிதித்துவ விரிசல்கள் மற்றும் சுருள்கள் அம்புகளால் சுட்டிக்காட்டப்படுகின்றன. அனைத்து AFM படங்களும் 15 μm × 15 μm பரப்பளவில் உள்ளன, லேபிளிடப்பட்ட அதே வண்ண அளவிலான பட்டியைப் பயன்படுத்துகின்றன. (I) SEBS அடி மூலக்கூறில் வடிவமைக்கப்பட்ட மோனோலேயர் கிராபெனின் மின்முனைகளின் உருவகப்படுத்துதல் வடிவியல். (J) மோனோலேயர் கிராபெனில் உள்ள அதிகபட்ச முதன்மை மடக்கை விகாரத்தின் உருவகப்படுத்துதல் விளிம்பு வரைபடம் மற்றும் 20% வெளிப்புற விகாரத்தில் SEBS அடி மூலக்கூறு. (கே) வெவ்வேறு கிராபெனின் கட்டமைப்புகளுக்கான விரிசல் பகுதி அடர்த்தி (சிவப்பு நெடுவரிசை), உருள் பகுதி அடர்த்தி (மஞ்சள் நெடுவரிசை) மற்றும் மேற்பரப்பு கடினத்தன்மை (நீல நெடுவரிசை) ஆகியவற்றின் ஒப்பீடு.
எம்ஜிஜி படங்கள் நீட்டப்படும்போது, ​​கிராபெனின் விரிசல் பகுதிகளை சுருள்கள் பாலம் செய்து, ஊடுருவும் வலையமைப்பைப் பராமரிக்கும் ஒரு முக்கியமான கூடுதல் வழிமுறை உள்ளது. கிராபெனின் சுருள்கள் உறுதியளிக்கின்றன, ஏனெனில் அவை பல்லாயிரக்கணக்கான மைக்ரோமீட்டர்கள் நீளமாக இருக்கலாம், எனவே பொதுவாக மைக்ரோமீட்டர் அளவு வரை இருக்கும் விரிசல்களைக் குறைக்க முடியும். மேலும், சுருள்கள் கிராபெனின் பல அடுக்குகளைக் கொண்டிருப்பதால், அவை குறைந்த எதிர்ப்பைக் கொண்டிருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. ஒப்பீட்டளவில், ஒப்பீட்டளவில் அடர்த்தியான (குறைந்த பரிமாற்றம்) CNT நெட்வொர்க்குகள் ஒப்பிடக்கூடிய கடத்தும் பிரிட்ஜிங் திறனை வழங்க வேண்டும், ஏனெனில் சிஎன்டிகள் சிறியவை (பொதுவாக சில மைக்ரோமீட்டர்கள் நீளம்) மற்றும் சுருள்களை விட குறைவான கடத்தும். மறுபுறம், அத்தி காட்டப்பட்டுள்ளது. S12, அதேசமயம் கிராபெனின் திரிபுக்கு இடமளிக்கும் போது விரிசல் ஏற்படுகிறது, சுருள்கள் விரிசல் ஏற்படாது, பிந்தையது அடிப்படை கிராபெனின் மீது சறுக்கக்கூடும் என்பதைக் குறிக்கிறது. கிராபெனின் (~1 முதல் 2 0 μm நீளம், ~0.1 முதல் 1 மைக்ரான் அகலம் மற்றும் ~10 முதல் 100 nm உயரம் வரை) கிராபெனின் பல அடுக்குகளால் ஆன சுருட்டப்பட்ட கட்டமைப்பின் காரணமாக அவை விரிசல் ஏற்படாமல் இருக்கலாம். ஒற்றை-அடுக்கு கிராபெனை விட அதிக செயல்திறன் கொண்ட மாடுலஸ். கிரீன் மற்றும் ஹெர்சம் (42) அறிக்கையின்படி, உலோக CNT நெட்வொர்க்குகள் (குழாய் விட்டம் 1.0 nm) CNT களுக்கு இடையே பெரிய சந்திப்பு எதிர்ப்பு இருந்தாலும் குறைந்த தாள் எதிர்ப்பை <100 ohms/sq அடைய முடியும். எங்கள் கிராபெனின் சுருள்கள் 0.1 முதல் 1 μm வரை அகலம் கொண்டவை மற்றும் G/G சுருள்கள் CNT களை விட பெரிய தொடர்புப் பகுதிகளைக் கொண்டிருப்பதைக் கருத்தில் கொண்டு, கிராபெனின் மற்றும் கிராபெனின் சுருள்களுக்கு இடையே உள்ள தொடர்பு எதிர்ப்பு மற்றும் தொடர்புப் பகுதி அதிக கடத்துத்திறனைப் பராமரிக்க காரணிகளைக் கட்டுப்படுத்தக் கூடாது.
கிராபெனின் SEBS அடி மூலக்கூறை விட அதிக மாடுலஸ் உள்ளது. கிராபெனின் மின்முனையின் பயனுள்ள தடிமன் அடி மூலக்கூறை விட மிகக் குறைவாக இருந்தாலும், கிராபெனின் விறைப்பு அதன் தடிமன் அடி மூலக்கூறுடன் ஒப்பிடத்தக்கது (43, 44), இதன் விளைவாக ஒரு மிதமான திடமான-தீவு விளைவு ஏற்படுகிறது. SEBS அடி மூலக்கூறில் 1-nm-தடிமனான கிராபெனின் சிதைவை உருவகப்படுத்தினோம் (விவரங்களுக்கு துணைப் பொருட்களைப் பார்க்கவும்). உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளின்படி, SEBS அடி மூலக்கூறுக்கு வெளிப்புறமாக 20% திரிபு பயன்படுத்தப்படும் போது, ​​கிராபெனின் சராசரி திரிபு ~6.6% (படம். 4J மற்றும் fig. S13D), இது சோதனை அவதானிப்புகளுடன் ஒத்துப்போகிறது (படம். S13 ஐப் பார்க்கவும்) . ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோபியைப் பயன்படுத்தி வடிவமைக்கப்பட்ட கிராபெனின் மற்றும் அடி மூலக்கூறு பகுதிகளில் உள்ள திரிபுகளை ஒப்பிட்டுப் பார்த்தோம், மேலும் அடி மூலக்கூறு பகுதியில் உள்ள திரிபு கிராபெனின் பகுதியில் உள்ள திரிபுகளை விட இரண்டு மடங்கு அதிகமாக இருப்பதைக் கண்டறிந்தோம். கிராபெனின் மின்முனை வடிவங்களில் பயன்படுத்தப்படும் திரிபு குறிப்பிடத்தக்க அளவில் கட்டுப்படுத்தப்படலாம், SEBS (26, 43, 44) க்கு மேல் கிராபெனின் கடினமான தீவுகளை உருவாக்குகிறது என்பதை இது குறிக்கிறது.
எனவே, அதிக அழுத்தத்தின் கீழ் உயர் கடத்துத்திறனைப் பராமரிக்க MGG மின்முனைகளின் திறன் இரண்டு முக்கிய வழிமுறைகளால் செயல்படுத்தப்படுகிறது: (i) சுருள்கள் துண்டிக்கப்பட்ட பகுதிகளை கடத்தும் ஊடுருவல் பாதையை பராமரிக்க முடியும், மேலும் (ii) பல அடுக்கு கிராபெனின் தாள்கள்/எலாஸ்டோமர் சரியலாம். ஒன்றுக்கொன்று மேலானது, இதன் விளைவாக கிராபெனின் மின்முனைகளில் சுமை குறைகிறது. எலாஸ்டோமரில் மாற்றப்பட்ட கிராபெனின் பல அடுக்குகளுக்கு, அடுக்குகள் ஒன்றுடன் ஒன்று வலுவாக இணைக்கப்படவில்லை, அவை திரிபுக்கு பதிலளிக்கும் வகையில் சரியக்கூடும் (27). சுருள்கள் கிராபெனின் அடுக்குகளின் கடினத்தன்மையையும் அதிகரித்தன, இது கிராபெனின் அடுக்குகளுக்கு இடையேயான பிரிவை அதிகரிக்க உதவுகிறது, எனவே கிராபெனின் அடுக்குகளின் நெகிழ்வை செயல்படுத்துகிறது.
குறைந்த விலை மற்றும் அதிக செயல்திறன் காரணமாக அனைத்து கார்பன் சாதனங்களும் ஆர்வத்துடன் பின்பற்றப்படுகின்றன. எங்கள் விஷயத்தில், அனைத்து கார்பன் டிரான்சிஸ்டர்களும் கீழே உள்ள கிராபெனின் கேட், மேல் கிராபெனின் மூல/வடிகால் தொடர்பு, வரிசைப்படுத்தப்பட்ட CNT குறைக்கடத்தி மற்றும் SEBS ஒரு மின்கடத்தா (படம் 5A) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி புனையப்பட்டது. படம் 5B இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, கிராபெனின் மின்முனைகள் (மேல் சாதனம்) கொண்ட சாதனத்தை விட, CNTகள் மூல/வடிகால் மற்றும் நுழைவாயில் (கீழே உள்ள சாதனம்) என அனைத்து கார்பன் சாதனம் ஒளிபுகாது. ஏனென்றால், CNT நெட்வொர்க்குகளுக்கு பெரிய தடிமன்கள் தேவைப்படுகின்றன, இதன் விளைவாக, கிராபெனின் (fig. S4) போன்ற தாள் எதிர்ப்பை அடைய குறைந்த ஆப்டிகல் டிரான்ஸ்மிட்டன்ஸ் தேவைப்படுகிறது. படம் 5 (C மற்றும் D) இரண்டு அடுக்கு MGG மின்முனைகளைக் கொண்டு உருவாக்கப்பட்ட டிரான்சிஸ்டருக்கான திரிபுக்கு முன் பிரதிநிதி பரிமாற்றம் மற்றும் வெளியீட்டு வளைவுகளைக் காட்டுகிறது. அலைக்கற்றை டிரான்சிஸ்டரின் சேனல் அகலம் மற்றும் நீளம் முறையே 800 மற்றும் 100 μm ஆகும். அளவிடப்பட்ட ஆன்/ஆஃப் விகிதம் முறையே 10−5 மற்றும் 10−8 A நிலைகளில் ஆன் மற்றும் ஆஃப் நீரோட்டங்களுடன் 103 ஐ விட அதிகமாக உள்ளது. வெளியீட்டு வளைவு தெளிவான கேட்-வோல்டேஜ் சார்புடன் சிறந்த நேரியல் மற்றும் sa turation ஆட்சிகளை வெளிப்படுத்துகிறது, இது CNTகள் மற்றும் கிராபெனின் மின்முனைகளுக்கு இடையே சிறந்த தொடர்பைக் குறிக்கிறது (45). கிராபெனின் மின்முனைகளுடனான தொடர்பு எதிர்ப்பானது ஆவியாக்கப்பட்ட Au படத்துடன் ஒப்பிடும்போது குறைவாக இருப்பதைக் காண முடிந்தது (அத்தி. S14 ஐப் பார்க்கவும்). நீட்டிக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டரின் செறிவூட்டல் இயக்கம் சுமார் 5.6 செமீ2/வி ஆகும், அதே பாலிமர்-வரிசைப்படுத்தப்பட்ட சிஎன்டி டிரான்சிஸ்டர்கள் 300-என்எம் SiO2 மின்கடத்தா அடுக்குடன் கூடிய திடமான Si அடி மூலக்கூறுகளில் உள்ளது. உகந்த குழாய் அடர்த்தி மற்றும் பிற வகை குழாய்கள் (46) மூலம் இயக்கத்தில் மேலும் முன்னேற்றம் சாத்தியமாகும்.
(A) கிராபெனின் அடிப்படையிலான நீட்டிக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டரின் திட்டம். SWNTகள், ஒற்றை சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்கள். (B) கிராபெனின் மின்முனைகள் (மேல்) மற்றும் CNT மின்முனைகள் (கீழே) ஆகியவற்றால் செய்யப்பட்ட நீட்டக்கூடிய டிரான்சிஸ்டர்களின் புகைப்படம். வெளிப்படைத்தன்மையின் வேறுபாடு தெளிவாகக் கவனிக்கப்படுகிறது. (C மற்றும் D) கிராபெனின் அடிப்படையிலான டிரான்சிஸ்டரின் பரிமாற்றம் மற்றும் வெளியீடு வளைவுகள் SEBS இல் திரிபுக்கு முன். (E மற்றும் F) பரிமாற்ற வளைவுகள், ஆன் மற்றும் ஆஃப் கரண்ட், ஆன்/ஆஃப் விகிதம் மற்றும் வெவ்வேறு விகாரங்களில் கிராபெனின் அடிப்படையிலான டிரான்சிஸ்டரின் இயக்கம்.
வெளிப்படையான, அனைத்து கார்பன் சாதனம் சார்ஜ் போக்குவரத்து திசைக்கு இணையான திசையில் நீட்டிக்கப்பட்ட போது, ​​குறைந்தபட்ச சிதைவு 120% திரிபு வரை காணப்பட்டது. நீட்சியின் போது, ​​இயக்கம் 5.6 செமீ2/வி 0% விகாரத்தில் இருந்து 2.5 செமீ2/விஎஸ் ஆக 120% திரிபு (படம் 5 எஃப்) வரை தொடர்ந்து குறைந்தது. வெவ்வேறு சேனல் நீளங்களுக்கான டிரான்சிஸ்டர் செயல்திறனையும் ஒப்பிட்டோம் (அட்டவணை S1 ஐப் பார்க்கவும்). குறிப்பிடத்தக்க வகையில், 105% போன்ற பெரிய விகாரத்தில், இந்த டிரான்சிஸ்டர்கள் அனைத்தும் இன்னும் அதிக ஆன்/ஆஃப் விகிதம் (>103) மற்றும் இயக்கம் (>3 செமீ2/வி) ஆகியவற்றை வெளிப்படுத்தின. கூடுதலாக, அனைத்து கார்பன் டிரான்சிஸ்டர்களிலும் சமீபத்திய அனைத்து வேலைகளையும் சுருக்கமாகக் கூறினோம் (அட்டவணை S2 ஐப் பார்க்கவும்) (47-52). எலாஸ்டோமர்களில் சாதனத் தயாரிப்பை மேம்படுத்துவதன் மூலமும், எம்ஜிஜிகளை தொடர்புகளாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், எங்களின் அனைத்து கார்பன் டிரான்சிஸ்டர்கள் இயக்கம் மற்றும் ஹிஸ்டெரிசிஸ் மற்றும் அதிக நீட்டிக்கக்கூடிய வகையில் நல்ல செயல்திறனைக் காட்டுகின்றன.
முற்றிலும் வெளிப்படையான மற்றும் நீட்டிக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டரின் பயன்பாடாக, LED இன் மாறுதலைக் கட்டுப்படுத்த அதைப் பயன்படுத்தினோம் (படம் 6A). படம் 6B இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மேலே நேரடியாக வைக்கப்பட்டுள்ள நீட்டிக்கக்கூடிய அனைத்து கார்பன் சாதனத்தின் மூலம் பச்சை எல்இடியை தெளிவாகக் காணலாம். ~ 100% (படம் 6, C மற்றும் D) வரை நீட்டிக்கும்போது, ​​LED ஒளியின் தீவிரம் மாறாது, இது மேலே விவரிக்கப்பட்ட டிரான்சிஸ்டர் செயல்திறனுடன் ஒத்துப்போகிறது (திரைப்படம் S1 ஐப் பார்க்கவும்). கிராபெனின் மின்முனைகளைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்பட்ட நீட்டக்கூடிய கட்டுப்பாட்டு அலகுகளின் முதல் அறிக்கை இதுவாகும், இது கிராபெனின் நீட்டிக்கக்கூடிய மின்னணுவியலுக்கான புதிய சாத்தியத்தை நிரூபிக்கிறது.
(A) எல்இடியை இயக்க டிரான்சிஸ்டரின் சுற்று. GND, மைதானம். (B) பச்சை எல்இடிக்கு மேலே பொருத்தப்பட்ட 0% ஸ்ட்ரெய்னில் நீட்டிக்கக்கூடிய மற்றும் வெளிப்படையான அனைத்து கார்பன் டிரான்சிஸ்டரின் புகைப்படம். (C) எல்இடியை மாற்றப் பயன்படுத்தப்படும் அனைத்து கார்பன் வெளிப்படையான மற்றும் நீட்டிக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டர் எல்இடிக்கு மேலே 0% (இடது) மற்றும் ~100% ஸ்ட்ரெய்ன் (வலது) இல் ஏற்றப்படுகிறது. வெள்ளை அம்புகள் சாதனத்தில் உள்ள மஞ்சள் குறிப்பான்கள் நீட்டிக்கப்பட்ட தூர மாற்றத்தைக் காட்டுகின்றன. (D) நீட்டிக்கப்பட்ட டிரான்சிஸ்டரின் பக்கக் காட்சி, எல்இடி எலாஸ்டோமருக்குள் தள்ளப்பட்டது.
முடிவில், அடுக்கப்பட்ட கிராபெனின் அடுக்குகளுக்கு இடையில் கிராபெனின் நானோஸ்க்ரோல்களால் இயக்கப்பட்ட, நீட்டிக்கக்கூடிய மின்முனைகளாக பெரிய விகாரங்களின் கீழ் உயர் கடத்துத்திறனை பராமரிக்கும் ஒரு வெளிப்படையான கடத்தும் கிராபெனின் கட்டமைப்பை நாங்கள் உருவாக்கியுள்ளோம். ஒரு எலாஸ்டோமரில் உள்ள இந்த இரு மற்றும் ட்ரைலேயர் எம்ஜிஜி எலக்ட்ரோடு கட்டமைப்புகள் முறையே 21 மற்றும் 65%, அவற்றின் 0% திரிபு கடத்துத்திறன்களை 100% வரையிலான விகாரத்தில் பராமரிக்க முடியும், இது வழக்கமான மோனோலேயர் கிராபெனின் மின்முனைகளுக்கு 5% கடத்துத்திறனின் முழுமையான இழப்புடன் ஒப்பிடும்போது. . கிராபெனின் சுருள்களின் கூடுதல் கடத்தும் பாதைகள் மற்றும் மாற்றப்பட்ட அடுக்குகளுக்கு இடையிலான பலவீனமான தொடர்பு ஆகியவை அழுத்தத்தின் கீழ் சிறந்த கடத்துத்திறன் நிலைத்தன்மைக்கு பங்களிக்கின்றன. அனைத்து கார்பன் நீட்டக்கூடிய டிரான்சிஸ்டர்களை உருவாக்க இந்த கிராபெனின் கட்டமைப்பை நாங்கள் மேலும் பயன்படுத்தினோம். இதுவரை, இது பக்கிங்கைப் பயன்படுத்தாமல் சிறந்த வெளிப்படைத்தன்மையுடன் மிகவும் நீட்டிக்கக்கூடிய கிராபெனின் அடிப்படையிலான டிரான்சிஸ்டர் ஆகும். தற்போதைய ஆய்வு நீட்டிக்கக்கூடிய மின்னணுவியலுக்கான கிராபெனை இயக்குவதற்காக நடத்தப்பட்டாலும், நீட்டக்கூடிய 2டி எலக்ட்ரானிக்ஸை இயக்க இந்த அணுகுமுறை மற்ற 2டி பொருட்களுக்கும் நீட்டிக்கப்படலாம் என்று நாங்கள் நம்புகிறோம்.
பெரிய பகுதி CVD கிராபென் 50-SCCM (நிமிடத்திற்கு நிலையான கன சென்டிமீட்டர்) CH4 மற்றும் 20-SCCM H2 உடன் 0.5 mtorr இன் நிலையான அழுத்தத்தின் கீழ் இடைநிறுத்தப்பட்ட Cu படலங்களில் (99.999%; Alfa Aesar) 1000 ° C இல் முன்னோடியாக வளர்க்கப்பட்டது. Cu படலத்தின் இருபுறமும் மோனோலேயர் கிராபெனால் மூடப்பட்டிருந்தது. PMMA இன் மெல்லிய அடுக்கு (2000 rpm; A4, மைக்ரோகெம்) Cu படலத்தின் ஒரு பக்கத்தில் சுழல்-பூசப்பட்டு, PMMA/G/Cu படலம்/G அமைப்பை உருவாக்குகிறது. பின்னர், முழு படமும் 0.1 M அம்மோனியம் பர்சல்பேட் [(NH4)2S2O8] கரைசலில் சுமார் 2 மணிநேரம் ஊறவைக்கப்பட்டு Cu படலத்தை பொறிக்க வேண்டும். இந்தச் செயல்பாட்டின் போது, ​​பாதுகாப்பற்ற பின்பக்க கிராபென் முதலில் தானிய எல்லைகளைக் கிழித்து, பின்னர் மேற்பரப்பு பதற்றம் காரணமாக சுருள்களாக உருட்டப்பட்டது. சுருள்கள் PMMA-ஆதரவு மேல் கிராபெனின் படத்தில் இணைக்கப்பட்டு, PMMA/G/G சுருள்களை உருவாக்குகின்றன. பிலிம்கள் பின்னர் பலமுறை டீயோனைஸ் செய்யப்பட்ட நீரில் கழுவப்பட்டு, கடினமான SiO2/Si அல்லது பிளாஸ்டிக் அடி மூலக்கூறு போன்ற இலக்கு அடி மூலக்கூறில் போடப்பட்டன. அடி மூலக்கூறில் இணைக்கப்பட்ட படம் காய்ந்தவுடன், மாதிரி w ​​அசிட்டோன், 1:1 அசிட்டோன்/ஐபிஏ (ஐசோப்ரோபைல் ஆல்கஹால்) மற்றும் ஐபிஏ ஆகியவை ஒவ்வொன்றும் 30 வினாடிகளுக்கு பிஎம்எம்ஏவை அகற்றுவதற்காக தொடர்ச்சியாக ஊறவைக்கப்படும். ஃபிலிம்கள் 15 நிமிடங்களுக்கு 100 டிகிரி செல்சியஸில் சூடுபடுத்தப்பட்டன அல்லது G/G ஸ்க்ரோலின் மற்றொரு அடுக்கு அதன் மீது மாற்றப்படுவதற்கு முன், சிக்கிய நீரை முழுவதுமாக அகற்றுவதற்காக ஒரே இரவில் வெற்றிடத்தில் வைக்கப்பட்டன. இந்த நடவடிக்கையானது பிஎம்எம்ஏ கேரியர் லேயரின் வெளியீட்டின் போது அடி மூலக்கூறில் இருந்து கிராபெனின் பிலிம் பிரிக்கப்படுவதைத் தவிர்ப்பதற்காகவும், எம்ஜிஜிகளின் முழுப் பாதுகாப்பை உறுதி செய்வதாகவும் இருந்தது.
ஒளியியல் நுண்ணோக்கி (லைக்கா) மற்றும் ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (1 kV; FEI) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி MGG கட்டமைப்பின் உருவவியல் காணப்பட்டது. ஒரு அணுசக்தி நுண்ணோக்கி (நானோஸ்கோப் III, டிஜிட்டல் கருவி) G சுருள்களின் விவரங்களைக் கவனிக்க தட்டுதல் முறையில் இயக்கப்பட்டது. திரைப்பட வெளிப்படைத்தன்மை ஒரு புற ஊதா-தெரியும் நிறமாலை (Agilent Cary 6000i) மூலம் சோதிக்கப்பட்டது. மின்னோட்ட ஓட்டத்தின் செங்குத்து திசையில் திரிபு இருந்தபோது, ​​கிராபெனின் கட்டமைப்புகளை கீற்றுகளாக (~ 300 μm அகலம் மற்றும் ~ 2000 μm நீளம்) வடிவமைக்க ஃபோட்டோலித்தோகிராபி மற்றும் O2 பிளாஸ்மா பயன்படுத்தப்பட்டன, மேலும் Au (50 nm) மின்முனைகள் வெப்பமாக டெபாசிட் செய்யப்பட்டன. நீண்ட பக்கத்தின் இரு முனைகளிலும் நிழல் முகமூடிகள். கிராபெனின் கீற்றுகள் SEBS எலாஸ்டோமருடன் (~2 செ.மீ அகலம் மற்றும் ~5 செ.மீ நீளம்) தொடர்பில் வைக்கப்பட்டன, SEBS இன் குறுகிய பக்கத்திற்கு இணையான கீற்றுகளின் நீண்ட அச்சுடன் BOE (Buffered oxide etch) (HF:H2O) 1:6) மின் தொடர்புகளாக பொறித்தல் மற்றும் யூடெக்டிக் காலியம் இண்டியம் (EGaIn). இணையான திரிபு சோதனைகளுக்கு, வடிவமற்ற கிராபெனின் கட்டமைப்பு es (~5 × 10 மிமீ) SEBS அடி மூலக்கூறுகளுக்கு மாற்றப்பட்டது, SEBS அடி மூலக்கூறின் நீண்ட பக்கத்திற்கு இணையாக நீண்ட அச்சுகள் உள்ளன. இரண்டு சந்தர்ப்பங்களிலும், முழு G (G சுருள்கள் இல்லாமல்)/SEBS ஒரு கையேடு கருவியில் எலாஸ்டோமரின் நீண்ட பக்கமாக நீட்டிக்கப்பட்டது, மேலும் சிட்டுவில், செமிகண்டக்டர் பகுப்பாய்வி (கெய்த்லி 4200) மூலம் ஆய்வு நிலையத்தில் அழுத்தத்தின் கீழ் அவற்றின் எதிர்ப்பு மாற்றங்களை அளந்தோம். -எஸ்சிஎஸ்).
பாலிமர் மின்கடத்தா மற்றும் அடி மூலக்கூறின் கரிம கரைப்பான் சேதத்தைத் தவிர்ப்பதற்காக ஒரு மீள் அடி மூலக்கூறில் மிகவும் நீட்டிக்கக்கூடிய மற்றும் வெளிப்படையான அனைத்து கார்பன் டிரான்சிஸ்டர்கள் பின்வரும் நடைமுறைகளால் புனையப்பட்டன. MGG கட்டமைப்புகள் SEBS க்கு கேட் மின்முனைகளாக மாற்றப்பட்டன. ஒரு சீரான மெல்லிய-பட பாலிமர் மின்கடத்தா அடுக்கு (2 μm தடிமன்) பெற, ஒரு SEBS டோலுயீன் (80 mg/ml) கரைசல் ஒரு ஆக்டாடெசில்ட்ரிக்ளோரோசிலேன் (OTS) மீது சுழல்-பூசப்பட்டது - 1 நிமிடத்திற்கு 1000 rpm இல் மாற்றியமைக்கப்பட்ட SiO2/Si அடி மூலக்கூறு. மெல்லிய மின்கடத்தாப் படலத்தை ஹைட்ரோபோபிக் OTS மேற்பரப்பில் இருந்து SEBS அடி மூலக்கூறுக்கு எளிதாக மாற்ற முடியும். எல்சிஆர் (இண்டக்டன்ஸ், கேபாசிட்டன்ஸ், ரெசிஸ்டன்ஸ்) மீட்டரை (அஜிலன்ட்) பயன்படுத்தி ஸ்ட்ரெய்னின் செயல்பாடாக கொள்ளளவை தீர்மானிக்க, ஒரு திரவ-உலோக (EGaIn; சிக்மா-ஆல்ட்ரிச்) மேல் மின்முனையை வைப்பதன் மூலம் ஒரு மின்தேக்கியை உருவாக்க முடியும். டிரான்சிஸ்டரின் மற்ற பகுதி பாலிமர்-வரிசைப்படுத்தப்பட்ட செமிகண்டக்டிங் சிஎன்டிகளைக் கொண்டிருந்தது, முன்பு அறிவிக்கப்பட்ட நடைமுறைகளைப் பின்பற்றுகிறது (53). வடிவமைக்கப்பட்ட மூல/வடிகால் மின்முனையானது திடமான SiO2/Si அடி மூலக்கூறுகளில் புனையப்பட்டது. பின்னர், மின்கடத்தா/G/SEBS மற்றும் CNTகள்/வடிவமைக்கப்பட்ட G/SiO2/Si ஆகிய இரண்டு பகுதிகளும் ஒன்றோடொன்று லேமினேட் செய்யப்பட்டு, திடமான SiO2/Si அடி மூலக்கூறை அகற்ற BOE இல் ஊறவைக்கப்பட்டது. இவ்வாறு, முழு வெளிப்படையான மற்றும் நீட்டிக்கக்கூடிய டிரான்சிஸ்டர்கள் புனையப்பட்டன. அழுத்தத்தின் கீழ் மின் சோதனை மேற்கூறிய முறையின்படி கைமுறை நீட்சி அமைப்பில் செய்யப்பட்டது.
இந்தக் கட்டுரைக்கான துணைப் பொருள் http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 இல் கிடைக்கிறது
அத்தி. S1. வெவ்வேறு உருப்பெருக்கங்களில் SiO2/Si அடி மூலக்கூறுகளில் மோனோலேயர் MGG இன் ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோபி படங்கள்.
அத்தி. S4. மோனோ-, இரு- மற்றும் ட்ரைலேயர் ப்ளைன் கிராபெனின் (கருப்பு சதுரங்கள்), MGG (சிவப்பு வட்டங்கள்) மற்றும் CNTகள் (நீல முக்கோணம்) @550 nm இரண்டு-ஆய்வு தாள் எதிர்ப்புகள் மற்றும் டிரான்ஸ்மிட்டன்களின் ஒப்பீடு.
அத்தி. S7. மோனோ- மற்றும் பிலேயர் MGGs (கருப்பு) மற்றும் G (சிவப்பு) ஆகியவற்றின் இயல்பான எதிர்ப்பு மாற்றம் ~1000 சுழற்சி விகாரத்தின் கீழ் முறையே 40 மற்றும் 90% பேரலல் ஸ்ட்ரெய்ன் வரை ஏற்றப்படுகிறது.
அத்தி. S10. ஸ்ட்ரெய்னுக்குப் பிறகு SEBS எலாஸ்டோமரில் ட்ரைலேயர் MGG இன் SEM படம், பல விரிசல்களுக்கு மேல் நீண்ட உருள் குறுக்குக் காட்டுகிறது.
அத்தி. S12. 20% ஸ்ட்ரெய்னில் மிக மெல்லிய SEBS எலாஸ்டோமரில் ட்ரைலேயர் MGG இன் AFM படம், ஒரு சுருள் விரிசலுக்கு மேல் சென்றதைக் காட்டுகிறது.
அட்டவணை S1. இரு அடுக்கு MGG-ஒற்றை-சுவர் கார்பன் நானோகுழாய் டிரான்சிஸ்டர்களின் இயக்கங்கள் திரிபுக்கு முன்னும் பின்னும் வெவ்வேறு சேனல் நீளங்களில்.
இது கிரியேட்டிவ் காமன்ஸ் அட்ரிபியூஷன்-வணிகமற்ற உரிமத்தின் விதிமுறைகளின் கீழ் விநியோகிக்கப்படும் திறந்த அணுகல் கட்டுரையாகும், இது எந்தவொரு ஊடகத்திலும் பயன்படுத்த, விநியோகம் மற்றும் இனப்பெருக்கம் செய்ய அனுமதிக்கிறது, இதன் விளைவாகப் பயன்படுத்துவது வணிக ரீதியாக அல்ல, அசல் வேலை சரியாக இருந்தால் போதும். மேற்கோள் காட்டப்பட்டது.
குறிப்பு: உங்கள் மின்னஞ்சல் முகவரியை மட்டுமே நாங்கள் கோருகிறோம், இதனால் நீங்கள் பக்கத்தைப் பரிந்துரைக்கும் நபர் நீங்கள் அதைப் பார்க்க விரும்புகிறீர்கள் என்பதையும், அது குப்பை அஞ்சல் அல்ல என்பதையும் அவர் அறிந்து கொள்ள வேண்டும். நாங்கள் எந்த மின்னஞ்சல் முகவரியையும் கைப்பற்றவில்லை.
இந்தக் கேள்வி நீங்கள் மனிதப் பார்வையாளரா இல்லையா என்பதைச் சோதிப்பதற்காகவும், தானியங்கு ஸ்பேம் சமர்ப்பிப்புகளைத் தடுப்பதற்காகவும்.
நான் லியு, அலெக்ஸ் சோர்டோஸ், டிங் லீ, லிஹுவா ஜின், டேஹோ ராய் கிம், வோன்-கியூ பே, சென்க்சின் ஜு, சிஹோங் வாங், ரஃபேல் ஃபாட்னர், சியுவான் சென், ராபர்ட் சின்க்ளேர், ஜெனன் பாவோ
நான் லியு, அலெக்ஸ் சோர்டோஸ், டிங் லீ, லிஹுவா ஜின், டேஹோ ராய் கிம், வோன்-கியூ பே, சென்க்சின் ஜு, சிஹோங் வாங், ரஃபேல் ஃபாட்னர், சியுவான் சென், ராபர்ட் சின்க்ளேர், ஜெனன் பாவோ
© 2021 அறிவியல் முன்னேற்றத்திற்கான அமெரிக்க சங்கம். அனைத்து உரிமைகளும் பாதுகாக்கப்பட்டவை. AAAS ஆனது HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef மற்றும் COUNTER ஆகியவற்றின் கூட்டாளியாகும். அறிவியல் முன்னேற்றங்கள் ISSN 2375-2548.