Àwọn ohun èlò onípele méjì, bíi graphene, jẹ́ ohun tó fani mọ́ra fún àwọn ohun èlò semiconductor àti àwọn ohun èlò tuntun nínú ẹ̀rọ itanna tó rọrùn. Síbẹ̀síbẹ̀, agbára gíga ti graphene máa ń yọrí sí ìfọ́ ní ìpele kékeré, èyí tó mú kí ó ṣòro láti lo àǹfààní àwọn ohun èlò itanna àrà ọ̀tọ̀ rẹ̀ nínú ẹ̀rọ itanna tó lè nà. Láti jẹ́ kí iṣẹ́ tó dára fún àwọn olùdarí graphene tó ní ìrísí tó dá lórí ìrísí, a ṣẹ̀dá àwọn nanoscrolls graphene láàárín àwọn ìpele graphene tó ti kó jọ, tí a pè ní multilayer graphene scrolls (MGGs). Lábẹ́ ìrísí, àwọn ìpele kan so àwọn agbègbè graphene tó ti fọ́ pọ̀ láti máa ṣe àtìlẹ́yìn fún nẹ́tíwọ́ọ̀kì tó ń yípo tí ó sì ń jẹ́ kí ìrísí tó dára wà ní àwọn ìpele gíga. Àwọn MGG mẹ́ta tó wà lórí elastomers ní 65% ti ìrísí ìpilẹ̀ṣẹ̀ wọn ní 100%, èyí tó dúró ní ìtọ́sọ́nà ìṣàn lọ́wọ́lọ́wọ́, nígbà tí àwọn fíìmù mẹ́ta ti graphene láìsí nanoscrolls ní 25% ti ìrísí ìbẹ̀rẹ̀ wọn nìkan. Ẹ̀rọ transistor erogba gbogbo-tí a lè nà tí a fi MGG ṣe gẹ́gẹ́ bí elekitirodu fi ìyípadà hàn ti >90% ó sì pa 60% ti ìṣẹ̀dá ìṣàn rẹ̀ àtilẹ̀wá mọ́ ní ìpele 120% (tí ó bá ìtọ́sọ́nà ìrìnnà agbára mu). Àwọn ẹ̀rọ transistor erogba gbogbo-tí a lè nà gidigidi tí ó sì hàn gbangba yìí lè mú kí àwọn optoelectronics tí a lè nà tí ó lọ́gbọ́n.
Ẹ̀rọ itanna aláwọ̀ tí a lè nà jẹ́ pápá tí ń dàgbàsókè tí ó ní àwọn ohun èlò pàtàkì nínú àwọn ètò biointegrated tí ó ti ní ìlọsíwájú (1, 2) àti agbára láti darapọ̀ mọ́ àwọn optoelectronics tí a lè nà (3, 4) láti ṣe àwọn roboti onírẹ̀lẹ̀ àti àwọn ìfihàn tí ó lọ́gbọ́n. Graphene ní àwọn ànímọ́ tí ó dára gidigidi ti sisanra atomiki, ìfihàn gíga, àti ìfarahàn gíga, ṣùgbọ́n ìlò rẹ̀ nínú àwọn ohun èlò tí a lè nà ti dí lọ́wọ́ nítorí ìtẹ̀sí rẹ̀ láti fọ́ ní àwọn ìpele kékeré. Bíborí àwọn ìdíwọ́ ẹ̀rọ ti graphene lè mú kí iṣẹ́ tuntun ṣiṣẹ́ nínú àwọn ẹ̀rọ tí a lè nà.
Àwọn ànímọ́ àrà ọ̀tọ̀ ti graphene mú kí ó jẹ́ ẹni tí ó lágbára fún ìran tí ń bọ̀ ti àwọn elektirọdu oníhò tí ó hàn gbangba (5, 6). Ní ìfiwéra pẹ̀lú olùdarí tí ó hàn gbangba jùlọ tí a sábà máa ń lò, indium tin oxide [ITO; 100 ohms/sq (sq) ní 90% ìfihàn], graphene monolayer tí a gbìn nípasẹ̀ ìdènà ìgbóná kẹ́míkà (CVD) ní àpapọ̀ kan náà ti ìdènà ìwé (125 ohms/sq) àti ìfihàn (97.4%) (5). Ní àfikún, àwọn fíìmù graphene ní ìyípadà àrà ọ̀tọ̀ ní ìfiwéra pẹ̀lú ITO (7). Fún àpẹẹrẹ, lórí ohun èlò ṣíṣu, a lè pa ìdarí rẹ̀ mọ́ kódà fún radius títẹ̀ tí ó kéré tó 0.8 mm (8). Láti túbọ̀ mú iṣẹ́ iná mànàmáná rẹ̀ sunwọ̀n síi gẹ́gẹ́ bí olùdarí tí ó ṣeé yípadà, àwọn iṣẹ́ ìṣáájú ti ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ohun èlò àdàpọ̀ graphene pẹ̀lú àwọn nanowires fàdákà oníwọ̀n kan (1D) tàbí àwọn nanotubes carbon (CNTs) (9–11). Jù bẹ́ẹ̀ lọ, a ti lo graphene gẹ́gẹ́ bí elekitirodu fún àwọn semiconductors onípele onípele (bíi 2D bulk Si, 1D nanowires/nanotubes, àti 0D quantum dots) (12), àwọn transistors tí ó rọrùn, àwọn sẹ́ẹ̀lì oòrùn, àti àwọn diode tí ń yọ ìmọ́lẹ̀ (LEDs) (13–23).
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé graphene ti fi àwọn àbájáde tó dájú hàn fún àwọn ẹ̀rọ itanna tó rọrùn, lílò rẹ̀ nínú ẹ̀rọ itanna tó ṣeé nà ni a ti dínkù nítorí àwọn ànímọ́ ẹ̀rọ rẹ̀ (17, 24, 25); graphene ní agbára inú-òkè ti 340 N/m àti modulus Young ti 0.5 TPa (26). Nẹ́ẹ̀tìwọ́ọ̀kì carbon-carbon tó lágbára kò pèsè àwọn ọ̀nà ìtújáde agbára kankan fún ìtújáde tó wà, nítorí náà ó rọrùn láti fọ́ ní ìwọ̀n tó kéré sí 5%. Fún àpẹẹrẹ, CVD graphene tó ti gbé sórí polydimethylsiloxane (PDMS) elastic substrate lè mú kí ìtújáde rẹ̀ dúró ní ìwọ̀n tó kéré sí 6% (8). Àwọn ìṣirò ìmọ̀ fihàn pé fífọ́ àti ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn ìpele tó yàtọ̀ síra yẹ kí ó dín ìtújáde náà kù gidigidi (26). Nípa títò graphene sínú àwọn ìpele púpọ̀, a ròyìn pé graphene onípele méjì tàbí mẹ́ta yìí lè nà sí ìwọ̀n 30%, ó sì ń fi ìyípadà resistance hàn ní ìlọ́po 13 tó kéré sí ti monolayer graphene (27). Sibẹsibẹ, agbara fifa yii tun kere si awọn onductors ti o le na ni igbalode (28, 29).
Àwọn transistors ṣe pàtàkì nínú àwọn ohun èlò tí a lè nà nítorí wọ́n ń jẹ́ kí a lè ka sensọ̀ onípele àti ìṣàyẹ̀wò àmì (30, 31). Àwọn transistors lórí PDMS pẹ̀lú multilayer graphene gẹ́gẹ́ bí orísun/drain elekitirodu àti ohun èlò ikanni lè máa ṣiṣẹ́ iná mànàmáná títí dé 5% ìpele (32), èyí tí ó wà ní ìsàlẹ̀ iye tí ó kéré jùlọ tí a nílò (~50%) fún àwọn sensọ̀ tí ń tọ́jú ìlera tí a lè wọ̀ àti awọ ara elekitironiki (33, 34). Láìpẹ́ yìí, a ti ṣe àwárí ọ̀nà graphene kirigami, a sì lè na transistor tí a fi electrolyte omi ṣe síta dé 240% (35). Síbẹ̀síbẹ̀, ọ̀nà yìí nílò graphene tí a dá dúró, èyí tí ó ń dí iṣẹ́ ìṣelọ́pọ́ lọ́wọ́.
Níbí, a ṣe àṣeyọrí àwọn ẹ̀rọ graphene tí ó lè nà púpọ̀ nípa ṣíṣe àsopọ̀ àwọn àwo graphene (tó gùn tó 1 sí 20 μm, tó fẹ̀ tó 0.1 sí 1 μm, tó sì ga tó 10 sí 100 nm) láàárín àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ graphene. A ṣe àbájáde pé àwọn àwo graphene wọ̀nyí lè pèsè àwọn ipa ọ̀nà ìdarí sí dídè àwọn ìfọ́ nínú àwọn ìwé graphene, nípa bẹ́ẹ̀ wọ́n ń pa agbára ìdarí tó ga mọ́ lábẹ́ ìdàrúdàpọ̀. Àwọn àwo graphene kò nílò àfikún ìṣẹ̀dá tàbí ìlànà; wọ́n jẹ́ àdánidá nígbà ìlànà ìyípadà omi. Nípa lílo àwọn elektrodu graphene G/G (graphene/graphene) multilayer (MGGs) graphene stretchable electrodes (source/drain and gate) àti semiconducting CNTs, a lè fi àwọn transistors gbogbo-carbon tó hàn gbangba àti tó lè nà púpọ̀ hàn, èyí tí a lè nà sí 120% strain (tó bá ìtọ́sọ́nà ìrìnnà charge) mu kí ó sì pa 60% ti ìṣẹ̀dá ìṣàn wọn àtilẹ̀wá mọ́. Èyí ni transistor oní-carbon tó lè nà jùlọ títí di ìsinsìnyí, ó sì ń pèsè agbára tó láti wakọ̀ LED tí kò ní ètò.
Láti mú kí àwọn elekitirodu graphene tó ní ààyè tó tóbi tó sì lè nà jáde, a yan graphene tó ń hù jáde láti inú fáìlì Cu. A so fáìlì Cu náà mọ́ àárín páìlì CVD quartz láti jẹ́ kí graphene dàgbà ní ẹ̀gbẹ́ méjèèjì, èyí tó ń ṣẹ̀dá àwọn ẹ̀yà G/Cu/G. Láti gbé graphene lọ, a kọ́kọ́ fi poly(methyl methacrylate) (PMMA) tó ní ìbòrí bò ó láti dáàbò bo ẹ̀gbẹ́ kan graphene, èyí tí a pè ní graphene tó wà ní òkè (ìyàtọ̀ sí apá kejì graphene), lẹ́yìn náà, a fi omi (NH4)2S2O8 wẹ̀ fíìmù náà kúrò. Graphene tó wà ní ìsàlẹ̀ láìsí ìbòrí PMMA yóò ní àwọn ìfọ́ àti àbùkù tó ń jẹ́ kí ìfọ́ náà wọ inú rẹ̀ (36, 37). Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fi hàn nínú Àwòrán 1A, lábẹ́ ipa ìfọ́ ojú ilẹ̀, àwọn agbègbè graphene tó jáde yípo sínú àwọn ìwé tí a ó sì so mọ́ fíìmù G/PMMA tó kù. A le gbe awọn àwo G/G oke-oke sori eyikeyi substrate, gẹgẹbi SiO2/Si, gilasi, tabi polima rirọ. Tun ilana gbigbe yii ṣe ni ọpọlọpọ igba lori substrate kanna fun awọn eto MGG.
(A) Àwòrán ìlànà ìṣelọ́pọ́ fún MGG gẹ́gẹ́ bí elekitirodu tí a lè nà. Nígbà ìgbésẹ̀ graphene, a fọ́ graphene ẹ̀yìn lórí foil Cu ní ààlà àti àbùkù, a yí wọn sókè sí àwọn àwòrán aláìṣeédá, a sì so wọ́n mọ́ àwọn fíìmù òkè, tí ó ń ṣe àwọn nanoscrolls. Àwòrán kẹrin fi ìṣètò MGG tí a kó jọ hàn. (B àti C) Àwọn ànímọ́ TEM tí ó ga jùlọ ti MGG monolayer kan, tí ó dojúkọ graphene monolayer (B) àti agbègbè scroll (C), lẹ́sẹẹsẹ. Àwòrán (B) jẹ́ àwòrán ìgbéga kékeré tí ó ń fi ìrísí gbogbogbò ti MGG monolayer hàn lórí àkójọ TEM. Àwọn ìtẹ̀sí (C) jẹ́ àwọn ìrísí agbára tí a mú ní ẹ̀gbẹ́ àwọn àpótí onígun mẹ́rin tí a fihàn nínú àwòrán náà, níbi tí àwọn ìjìnnà láàrín àwọn prótéènì atomiki jẹ́ 0.34 àti 0.41 nm. (D) Àwòrán EEL carbon K-edge pẹ̀lú àwọn òkè graphitic π* àti σ* tí a fi àmì sí. (E) Àwòrán AFM ti àwọn ìtẹ̀sí G/G monolayer pẹ̀lú ìrísí gíga ní ẹ̀gbẹ́ ìlà àmì ofeefee. (F sí I) A fi àwòrán onímọ̀ ẹ̀rọ amóhùnmáwòrán àti àwòrán AFM ti G aláwọ̀ mẹ́ta láìsí (F àti H) àti pẹ̀lú àwọn ìyípo (G àti I) lórí àwọn ohun èlò SiO2/Si tí ó nípọn 300-nm, lẹ́sẹẹsẹ. A fi àmì sí àwọn ìyípo àti àwọn ìyípo tí ó dúró fún ara wọn láti fi ìyàtọ̀ wọn hàn.
Láti rí i dájú pé àwọn àwo náà jẹ́ graphene tí a yí ní ìrísí, a ṣe àwọn ìwádìí ìṣàfihàn agbára ìṣiṣẹ́ gíga (TEM) àti electron energy loss (EEL) lórí àwọn ìrísí ìṣàfihàn top-G/G monolayer. Àwòrán 1B fi ìrísí hexagonal ti graphene monolayer kan hàn, àti pé àtẹ̀gùn náà jẹ́ ìrísí gbogbogbò ti fíìmù tí a bò lórí ihò erogba kan ṣoṣo ti àworán TEM. Graphene monolayer náà nà púpọ̀ jùlọ nínú àwo náà, àti pé àwọn flakes graphene kan wà níwájú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àkójọpọ̀ àwọn òrùka hexagonal farahàn (Àwòrán 1B). Nípa lílo ìṣàfihàn kọ̀ọ̀kan (Àwòrán 1C), a kíyèsí iye àwọn fèrèsé graphene lattice tó pọ̀, pẹ̀lú àlàfo lattice ní ìwọ̀n 0.34 sí 0.41 nm. Àwọn ìwọ̀n wọ̀nyí fihàn pé àwọn flakes náà ni a yí sókè láìròtẹ́lẹ̀, wọn kò sì jẹ́ graphite pípé, èyí tí ó ní àlàfo lattice ti 0.34 nm nínú ìṣàfihàn fẹlẹfẹlẹ “ABAB”. Àwòrán 1D fi àwọ̀ EEL erogba K-eti hàn, níbi tí òkè 285 eV ti wá láti inú ìyípo π* àti èkejì tó wà ní àyíká 290 eV jẹ́ nítorí ìyípadà ti ìyípo σ* ìyípo. A lè rí i pé ìsopọ̀ sp2 ló ń ṣàkóso nínú ìṣètò yìí, èyí tó fi hàn pé àwọn ìkọ̀wé náà jẹ́ àwòrán gíga.
Àwọn àwòrán onímọ̀ nípa ìṣàfihàn ojú àti agbára átọ́míìkì onímọ̀ nípa ìṣàfihàn ojú (AFM) fúnni ní òye nípa bí àwọn nanoscrolls graphene ṣe pín káàkiri àwọn MGG (Àwòrán 1, E sí G, àti àwọn àwòrán S1 àti S2). Àwọn àwòrán náà ni a pín káàkiri ojú ilẹ̀ láìròtẹ́lẹ̀, àti pé ìwọ̀n wọn nínú-plane pọ̀ sí i ní ìbámu pẹ̀lú iye àwọn ìpele tí a kó jọ. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn àwòrán ni a so pọ̀ mọ́ àwọn kókó, wọ́n sì ní gíga tí kò dọ́gba ní ìwọ̀n 10 sí 100 nm. Wọ́n gùn láti 1 sí 20 μm àti fífẹ̀ láti 0.1 sí 1 μm, ó sinmi lórí ìwọ̀n àwọn ìpele graphene àkọ́kọ́ wọn. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 1 (H àti I), àwọn àwòrán náà ní ìwọ̀n tí ó tóbi ju àwọn ìrísí lọ, èyí tí ó yọrí sí ìsopọ̀ tí ó ṣòro jù láàárín àwọn ìpele graphene.
Láti wọn àwọn ànímọ́ iná mànàmáná, a ṣe àwòrán àwọn fíìmù graphene pẹ̀lú tàbí láìsí àwọn ìṣètò yípo àti ìdìpọ̀ àwọn ìpele sí àwọn ìlà gígùn 300-μm àti 2000-μm nípa lílo photolithography. A wọn àwọn resistance ìwádìí méjì gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ti ìdàrúdàpọ̀ lábẹ́ àwọn ipò àyíká. Wíwà àwọn yípo dín resistance fún graphene monolayer kù nípa 80% pẹ̀lú ìdínkù 2.2% nínú transmittance nìkan (àwòrán S4). Èyí jẹ́rìí sí i pé àwọn nanoscrolls, tí wọ́n ní ìwọ̀n agbára ìṣàn gíga tó tó 5 × 107 A/cm2 (38, 39), ṣe àfikún iná mànàmáná rere sí àwọn MGG. Láàrín gbogbo mono-, bi-, àti trilayer plain graphene àti MGGs, trilayer MGG ní conductance tó dára jùlọ pẹ̀lú ìfarahàn tó fẹ́rẹ̀ẹ́ tó 90%. Láti fi wé àwọn orísun graphene mìíràn tí a ròyìn nínú ìwé, a tún wọn àwọn resistance ìwé oní-ẹ̀rọ mẹ́rin (àwòrán S5) a sì kọ wọ́n sí ìṣẹ́ transmittance ní 550 nm (àwòrán S6) nínú Àwòrán 2A. MGG fi ìbáramu àti ìfarahàn tí ó jọra tàbí tí ó ga ju graphene oní-ẹ̀rọ multila yer plain stacked àti graphene oxide tí ó dínkù (RGO) lọ (6, 8, 18). Ṣàkíyèsí pé àwọn resistance ìwé ti graphene oní-ẹ̀rọ multilayer stacked láti inú ìwé ga díẹ̀ ju ti MGG wa lọ, bóyá nítorí àwọn ipò ìdàgbàsókè wọn tí kò dára àti ọ̀nà ìyípadà wọn.
(A) Awọn resistance iwe ayẹwo mẹrin lodi si gbigbejade ni 550 nm fun ọpọlọpọ awọn iru graphene, nibiti awọn onigun mẹrin dudu ṣe afihan mono-, bi-, ati trilayer MGGs; awọn iyika pupa ati awọn onigun mẹta buluu baamu pẹlu multilayer plain graphene ti a gbin lori Cu ati Ni lati awọn ẹkọ ti Li et al. (6) ati Kim et al. (8), lẹsẹsẹ, ati lẹhinna gbigbe si SiO2/Si tabi quartz; ati awọn onigun mẹta alawọ ewe jẹ awọn iye fun RGO ni awọn iwọn idinku oriṣiriṣi lati inu iwadi ti Bonaccorso et al. (18). (B ati C) Iyipada resistance deede ti mono-, bi- ati trilayer MGGs ati G gẹgẹbi iṣẹ ti perpendicular (B) ati parallel (C) igara si itọsọna ti sisan lọwọlọwọ. (D) Iyipada resistance deede ti bilayer G (pupa) ati MGG (dudu) labẹ cyclic igara fifuye titi di 50%. (E) Iyipada resistance deede ti trilayer G (pupa) ati MGG (dudu) labẹ cyclic igara fifuye titi di 90%. (F) Àyípadà agbára ìṣiṣẹ́ tí a ṣe déédé ti mono-, bi- àti trilayer G àti bi- àti trilayer MGG gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ n ti ìdàrúdàpọ̀. Ìsàlẹ̀ náà ni ìṣètò capacitor, níbi tí substrate polymer jẹ́ SEBS àti polymer dielectric Layer jẹ́ SEBS tí ó nípọn 2-μm.
Láti ṣe àyẹ̀wò iṣẹ́ MGG tí ó da lórí ìpele-ìpele, a gbé graphene sórí àwọn ohun èlò ìpìlẹ̀ thermoplastic elastomer styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) (tó tóbi tó 2 cm àti gígùn tó ~5 cm), a sì wọn ìyípadà bí a ṣe ń nà substrate náà (wo Àwọn Ohun Èlò àti Ọ̀nà) ní ìpele-ìpele àti ní ìtẹ̀lé ìtọ́sọ́nà ìṣàn lọ́wọ́lọ́wọ́ (Àwòrán 2, B àti C). Ìwà mànàmáná tí ó da lórí ìpele-ìpele náà dára síi pẹ̀lú ìsopọ̀ àwọn nanoscrolls àti iye àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ graphene tí ń pọ̀ sí i. Fún àpẹẹrẹ, nígbà tí ìpele náà bá dúró ní ìpele-ìpele sí ìṣàn lọ́wọ́lọ́wọ́, fún monolayer graphene, àfikún àwọn yípo mú ìpele náà pọ̀ síi nígbà tí iná mànàmáná bá fọ́ láti 5 sí 70%. Ìfaradà ìpele ti graphene trilayer náà tún dára síi ní ìfiwéra pẹ̀lú monolayer graphene. Pẹ̀lú nanoscrolls, ní ìpele-ìpele-ìpele 100%, ìfaradà ìṣètò MGG trilayer náà pọ̀ síi ní 50%, ní ìfiwéra pẹ̀lú 300% fún trilayer graphene tí kò ní yípo. A ṣe ìwádìí nípa ìyípadà ìfaradà lábẹ́ ìpele-ì ... Fún ìfiwéra (Àwòrán 2D), àwọn resistance ti fíìmù graphene bilayer kan tí ó rọrùn pọ̀ sí i ní ìgbà 7.5 lẹ́yìn àwọn iyipo ~700 ní ìpele ìdúró 50% ó sì ń pọ̀ sí i pẹ̀lú ìpele nínú ìpele kọ̀ọ̀kan. Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, resistance ti bilayer MGG kan pọ̀ sí i ní ìgbà 2.5 lẹ́yìn àwọn iyipo ~700. Ní lílo ìpele tó tó 90% ní ìtọ́sọ́nà onípele, resistance ti trilayer graphene pọ̀ sí i ní ìgbà 100 lẹ́yìn àwọn iyipo 1000, nígbàtí ó jẹ́ ìgbà 8 péré nínú MGG trilayer kan (Àwòrán 2E). Àwọn àbájáde gígun ni a fihàn ní Àwòrán S7. Ìbísí resistance tí ó yára jù ní ìtọ́sọ́nà onípele ìdúró jẹ́ nítorí pé ìtọ́sọ́nà àwọn ìfọ́ wà ní ìpele ìṣàn lọ́wọ́lọ́wọ́. Ìyàtọ̀ resistance nígbà tí a bá ń kó ẹrù àti ìtújáde ìpele jẹ́ nítorí ìtúnpadà viscoelastic ti substrate elastomer SEBS. Dídúróṣinṣin tó wà nínú àwọn ìlà MGG nígbà tí a bá ń yípo ni nítorí wíwà àwọn àwo ńláńlá tí ó lè so àwọn apá tí ó ti ya pọ̀ mọ́ graphene (gẹ́gẹ́ bí AFM ṣe rí i), èyí tí ó ń ran lọ́wọ́ láti máa ṣe àtúnṣe ipa ọ̀nà tí ó ń yípo. A ti ròyìn ìṣẹ̀lẹ̀ yìí nípa mímú kí ọ̀nà tí ó ń yípo ṣiṣẹ́ nípasẹ̀ ipa ọ̀nà tí ó ń yípo padà fún àwọn fíìmù irin tí ó ti ya tàbí semiconductor lórí àwọn ohun èlò elastomer (40, 41).
Láti ṣe àyẹ̀wò àwọn fíìmù tí a fi graphene ṣe gẹ́gẹ́ bí àwọn elektrode ẹnu ọ̀nà nínú àwọn ẹ̀rọ tí a lè nà, a fi ìpele dielectric SEBS (nípọn 2 μm) bo ìpele graphene náà, a sì ṣe àyẹ̀wò ìyípadà capacitance dielectric gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ti strain (wo Àwòrán 2F àti Àwọn Ohun Èlò Àfikún fún àwọn kúlẹ̀kúlẹ̀). A ṣe àkíyèsí pé capacitances pẹ̀lú plain monolayer àti bilayer graphene electrodes dínkù kíákíá nítorí pípadánù in-plane conductivity ti graphene. Ní ìyàtọ̀ sí èyí, capacitances tí MGGs bò àti plain trilayer graphene fihàn ìbísí capacitance pẹ̀lú strain, èyí tí a retí nítorí ìdínkù nínú dielectric thickness pẹ̀lú strain. Ìbísí capacitance tí a retí bá ìṣètò MGG mu dáadáa (àwòrán S8). Èyí fihàn pé MGG yẹ gẹ́gẹ́ bí elektrode ẹnu ọ̀nà fún àwọn transistor tí a lè nà.
Láti ṣe ìwádìí síwájú sí i nípa ipa tí graphene 1D ń kó lórí ìfaradà ìdàrúdàpọ̀ iná mànàmáná àti ìṣàkóso ìyàsọ́tọ̀ láàárín àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ graphene dáadáa, a lo àwọn CNT tí a fi omi bò láti rọ́pò àwọn àwo graphene (wo Àwọn Ohun Èlò Àfikún). Láti fara wé àwọn ètò MGG, a fi àwọn ìwọ̀n CNT mẹ́ta pamọ́ (ìyẹn ni, CNT1).
(A sí C) Àwọn àwòrán AFM ti àwọn ìwọ̀n mẹ́ta tó yàtọ̀ síra ti àwọn CNT (CNT1)
Láti túbọ̀ lóye agbára wọn gẹ́gẹ́ bí elekitirodu fún àwọn ẹ̀rọ itanna tí a lè nà, a ṣe ìwádìí lórí ìrísí MGG àti G-CNT-G lábẹ́ ìtẹ̀sí. Onímọ̀ nípa mànàmáná optical àti onímọ̀ nípa mànàmáná electron (SEM) kì í ṣe àwọn ọ̀nà ìṣàfihàn tí ó munadoko nítorí pé àwọn méjèèjì kò ní ìyàtọ̀ àwọ̀ àti SEM wà lábẹ́ àwọn ohun èlò àwòrán nígbà ìwádìí elekitironu nígbà tí graphene bá wà lórí àwọn ohun èlò polymer (àwòrán S9 àti S10). Láti kíyèsí ojú graphene lábẹ́ ìtẹ̀sí, a kó àwọn ìwọ̀n AFM jọ lórí àwọn MGGs aláwọ̀ mẹ́ta àti graphene lásán lẹ́yìn tí a gbé e sórí àwọn ohun èlò SEBS tín-tín (~0.1 mm nípọn) àti àwọn ohun èlò SEBS tí ó ní elastic. Nítorí àwọn àbùkù inú nínú graphene CVD àti ìbàjẹ́ tí ó jáde nígbà ìgbésẹ̀ ìyípadà, àwọn ìtẹ̀sí máa ń wáyé lórí graphene tí a ti nà, àti pẹ̀lú ìtẹ̀sí tí ó ń pọ̀ sí i, àwọn ìtẹ̀sí náà di kíkún (Àwòrán 4, A sí D). Ní ìbámu pẹ̀lú ìṣètò ìdìpọ̀ àwọn elekitirodu tí a fi carbon ṣe, àwọn ìtẹ̀sí náà ń fi onírúurú ìrísí hàn (àwòrán S11) (27). Ìwọ̀n ìfọ́ (tí a túmọ̀ sí agbègbè ìfọ́/agbègbè tí a ṣàyẹ̀wò) ti graphene onípele púpọ̀ kéré sí ti graphene onípele kan lẹ́yìn ìfọ́, èyí tí ó bá ìbísí nínú agbára ìtọ́kasí iná mànàmáná fún àwọn MGG mu. Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, a sábà máa ń rí àwọn ìfọ́ láti so àwọn ìfọ́ náà pọ̀, tí ó ń pèsè àwọn ipa ọ̀nà ìtọ́kasí afikún nínú fíìmù tí a ti rọ̀. Fún àpẹẹrẹ, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fi àmì sí i nínú àwòrán Àwòrán 4B, ìfọ́ kan tí ó gbòòrò kọjá ìfọ́ kan nínú MGG onípele mẹ́ta, ṣùgbọ́n a kò rí ìfọ́ kan nínú graphene lásán (Àwòrán 4, E sí H). Bákan náà, àwọn CNT tún so àwọn ìfọ́ náà pọ̀ nínú graphene (àwòrán S11). A ṣe àkópọ̀ ìwọ̀n ìfọ́ náà, ìwọ̀n ìfọ́ náà, àti àìlágbára àwọn fíìmù náà nínú Àwòrán 4K.
(A sí H) Àwọn àwòrán AFM In situ ti àwọn ìyípo G/G onípele mẹ́ta (A sí D) àti àwọn ìrísí G onípele mẹ́ta (E sí H) lórí elastomer SEBS tín-tín (~0.1 mm nípọn) ní ìpele 0, 20, 60, àti 100%. Àwọn ìfọ́ àti ìyípo tí ó dúró fún ara wọn ni a fi àwọn ọfà tọ́ka sí. Gbogbo àwọn àwòrán AFM wà ní agbègbè 15 μm × 15 μm, ní lílo ọ̀pá ìwọ̀n àwọ̀ kan náà gẹ́gẹ́ bí a ṣe fi àmì sí. (I) Ìrísí ìrísí ti àwọn elektrodu graphene monolayer tí a fi àwòrán sí lórí ìpele SEBS. (J) Máàpù onípele ìrísí ìrísí ìrísí logarithmic tí ó ga jùlọ nínú graphene monolayer àti ìpele SEBS ní ìpele ìta 20%. (K) Ìfiwéra ìwọ̀n agbègbè ìfọ́ (ìpele pupa), ìwọ̀n agbègbè ìyípo (ìpele ofeefee), àti ìrísí ojú (ìpele bulu) fún àwọn ìrísí graphene tí ó yàtọ̀.
Nígbà tí a bá na àwọn fíìmù MGG, ìlànà mìíràn kan wà tí àwọn àkájọ náà lè so àwọn agbègbè graphene tí ó ti ya pọ̀ mọ́ra, tí ó sì ń mú kí nẹ́tíwọ́ọ̀kì tí ó ń yípo pọ̀ mọ́ra wà. Àwọn àkájọ graphene náà ní ìrètí nítorí wọ́n lè jẹ́ mẹ́wàá míítírọ́ọ̀mù ní gígùn, nítorí náà wọ́n lè so àwọn àkájọ tí ó sábà máa ń dé ìwọ̀n míítírọ́ọ̀mù. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, nítorí pé àwọn àkájọ náà ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele graphene, a retí pé wọn kò ní agbára ìdènà díẹ̀. Ní ìfiwéra, àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì CNT tí ó nípọn (ìtẹ̀jáde tí ó kéré) ni a nílò láti pèsè agbára ìdènà tí ó jọra, nítorí pé àwọn CNT kéré síi (nígbàgbogbo ní ìwọ̀n míítírọ́ọ̀mù díẹ̀ ní gígùn) àti pé wọn kò ní agbára ìdènà tó pọ̀ ju àwọn àkájọ lọ. Ní ọwọ́ kejì ẹ̀wẹ̀, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán S12, nígbà tí graphene ń ya nígbà tí a bá ń na láti gba ìdàrúdàpọ̀, àwọn àkájọ náà kò ya, èyí tí ó fihàn pé èyí tí ó kẹ́yìn lè máa yọ́ lórí graphene tí ó wà ní ìsàlẹ̀. Ìdí tí wọn kò fi ń fọ́ ni ó ṣeé ṣe kí ó jẹ́ nítorí ìṣètò tí a yípo, tí a ṣe pẹ̀lú ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele graphene (tó gùn tó 1 sí 2 0 μm, tó fẹ̀ tó 0.1 sí 1 μm, tó sì ga tó 10 sí 100 nm), èyí tí ó ní modulus tó lágbára ju graphene onípele kan lọ. Gẹ́gẹ́ bí Green àti Hersam (42) ṣe ròyìn, àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì CNT onírin (opin tube ti 1.0 nm) lè ṣe àṣeyọrí resistance ìwé kékeré <100 ohms/sq láìka resistance asopọ̀ ńlá láàárín àwọn CNT. Ní ríronú pé àwọn ìpele graphene wa ní ìwọ̀n 0.1 sí 1 μm àti pé àwọn ìpele G/G ní àwọn agbègbè ìfọwọ́sowọ́pọ̀ tó tóbi ju àwọn CNT lọ, resistance olubasọrọ àti agbègbè ìfọwọ́sowọ́pọ̀ láàrín àwọn ìpele graphene àti àwọn ìpele graphene kò yẹ kí ó jẹ́ àwọn ohun tó ń dín agbára ìdarí kù.
Graphene ní modulus tó ga ju substrate SEBS lọ. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé sisanra tó munadoko ti electrode graphene kéré gan-an ju ti substrate lọ, líle ti graphene ní ìwọ̀n rẹ̀ jọ ti substrate (43, 44), èyí tó yọrí sí ipa erékùsù líle tó dọ́gba. A ṣe àfarawé ìyípadà ti graphene tó nípọn 1-nm lórí substrate SEBS kan (wo Àwọn Ohun Èlò Àfikún fún ẹ̀kúnrẹ́rẹ́). Gẹ́gẹ́ bí àwọn àbájáde àfarawé, nígbà tí a bá lo 20% strain sí substrate SEBS ní ìta, ìwọ̀n apapọ nínú graphene jẹ́ ~6.6% (Àwòrán 4J àti Àwòrán S13D), èyí tó bá àwọn àkíyèsí ìwádìí mu (wo Àwòrán S13). A fi ìyípadà nínú àwọn agbègbè graphene àti substrate wéra nípa lílo optical microscopy, a sì rí i pé ìwọ̀n tó wà ní agbègbè substrate jẹ́ ó kéré tán ìlọ́po méjì strain ní agbègbè graphene. Èyí fihàn pé ìwọ̀n tó wà lórí àwọn àpẹẹrẹ electrode graphene lè ní ìdíwọ́ gidigidi, tó sì ń ṣẹ̀dá àwọn erékùsù líle graphene lórí SEBS (26, 43, 44).
Nítorí náà, ó ṣeé ṣe kí agbára àwọn elektrodu MGG láti máa mú kí agbára ìṣiṣẹ́ gíga wà lábẹ́ ìfúnpọ̀ gíga jẹ́ èyí tí ó ṣeé ṣe kí ó jẹ́ nípasẹ̀ àwọn ọ̀nà pàtàkì méjì: (i) Àwọn ìwé náà lè so àwọn agbègbè tí a ti pín pọ̀ mọ́ ara wọn láti máa mú ipa ọ̀nà ìṣiṣẹ́ onípele kan, àti (ii) àwọn ìwé graphene/elastomer onípele púpọ̀ lè yọ̀ lórí ara wọn, èyí tí ó lè dín ìfúnpọ̀ kù lórí elektrodu graphene. Fún ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele ti graphene tí a ti gbé sórí elastomer, àwọn ìpele náà kò so pọ̀ mọ́ ara wọn dáadáa, èyí tí ó lè yọ̀ ní ìdáhùn sí ìfúnpọ̀ (27). Àwọn ìwé náà tún mú kí ìfọ́pọ̀ àwọn ìpele graphene pọ̀ sí i, èyí tí ó lè ran lọ́wọ́ láti mú kí ìyàtọ̀ láàrín àwọn ìpele graphene pọ̀ sí i, kí ó sì mú kí àwọn ìpele graphene náà yọ̀.
Àwọn ẹ̀rọ erogba gbogbo-kabọn ni a ń lépa gidigidi nítorí owó tí ó rẹlẹ̀ àti ìṣiṣẹ́ gíga. Nínú ọ̀ràn wa, a ṣe àwọn transistors gbogbo-kabọn nípa lílo ẹnu-ọ̀nà graphene ìsàlẹ̀, orísun graphene orísun/ìfà omi top, semiconductor CNT tí a ṣètò, àti SEBS gẹ́gẹ́ bí dielectric (Àwòrán 5A). Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 5B, ẹ̀rọ erogba gbogbo-kabọn pẹ̀lú CNT gẹ́gẹ́ bí orísun/ìfà omi àti ẹnu-ọ̀nà (ẹ̀rọ ìsàlẹ̀) jẹ́ ohun tí kò hàn gbangba ju ẹ̀rọ náà pẹ̀lú àwọn elektrode graphene (ẹ̀rọ òkè). Èyí jẹ́ nítorí pé àwọn nẹ́tíwọ́ọ̀kì CNT nílò àwọn ìfúnpọ̀ tí ó tóbi jù àti, nítorí náà, àwọn ìfàsẹ́yìn opitika tí ó kéré síi láti ṣe àṣeyọrí àwọn resistance ìwé tí ó jọ ti graphene (àwòrán S4). Àwòrán 5 (C àti D) fi àwọn ìlà gbigbe àti ìjáde tí ó dúró fún ìdàrúdàpọ̀ hàn ṣáájú ìdàrúdàpọ̀ fún transistor tí a fi àwọn elektrode MGG bilayer ṣe. Ìbú àti gígùn ikanni transistor tí kò ní ìfàsẹ́yìn jẹ́ 800 àti 100 μm, lẹ́sẹẹsẹ. Ìpíndọ́gba títà/ìfà tí a wọ̀n pọ̀ ju 103 lọ pẹ̀lú àwọn ìṣàn títà àti títà ní àwọn ìpele ti 10−5 àti 10−8 A, lẹ́sẹẹsẹ. Ìtẹ̀síwájú ìjáde náà fi àwọn ìlànà ìlà àti ìtújáde tó dára hàn pẹ̀lú ìgbẹ́kẹ̀lé folti ẹnu-ọ̀nà tó ṣe kedere, èyí tó fi hàn pé ìfarakanra tó dára láàrín àwọn CNT àti àwọn elektrodi graphene (45). A rí i pé ìdènà ìfọwọ́sowọ́pọ̀ pẹ̀lú àwọn elektrodi graphene kéré sí èyí tí fíìmù Au tí a ti yọ́ (wo àwòrán S14). Ìṣípò ìṣànra ti transistor tí a lè nà jẹ́ nǹkan bí 5.6 cm2/Vs, ó jọ ti àwọn transistor CNT tí a ṣe ìtòjọ polima kan náà lórí àwọn substrates Si rigidit pẹ̀lú 300-nm SiO2 gẹ́gẹ́ bí fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ dielectric. Ìdàgbàsókè síi nínú ìṣípò ṣeé ṣe pẹ̀lú ìwọ̀n tube tí a ṣe àtúnṣe àti àwọn irú tube mìíràn (46).
(A) Ètò transistor tí a lè nà tí a fi graphene ṣe. Àwọn SWNTs, àwọn nanotubes carbon tí a fi odi kan ṣoṣo ṣe. (B) Fọ́tò àwọn transistor tí a lè nà tí a fi graphene elekitirodu ṣe (òkè) àti CNT elekitirodu (ìsàlẹ̀). Ìyàtọ̀ nínú àfihàn hàn gbangba. (C àti D) Ìyípadà àti ìjáde àwọn ìtẹ̀sí transistor tí a fi graphene ṣe lórí SEBS kí ó tó di pé wọ́n ń tàn. (E àti F) Ìtẹ̀sí gbigbe, ìtẹ̀sí on àti off current, ìtẹ̀sí on/off, àti ìṣípò transistor tí a fi graphene ṣe ní oríṣiríṣi ìtẹ̀sí.
Nígbà tí a bá na ẹ̀rọ tí ó hàn gbangba, tí ó ní gbogbo erogba ní ìtọ́sọ́nà tí ó jọra sí ìtọ́sọ́nà gbigbe agbára, a rí ìbàjẹ́ díẹ̀ títí dé ìpele 120%. Nígbà tí a bá ń na, ìpele náà ń dínkù nígbà gbogbo láti 5.6 cm2/Vs ní ìpele 0% sí 2.5 cm2/Vs ní ìpele 120% (Àwòrán 5F). A tún fi iṣẹ́ transistor wéra fún àwọn gígùn ikanni tó yàtọ̀ síra (wo tábìlì S1). Ní pàtàkì, ní ìpele tí ó tóbi tó 105%, gbogbo transistor wọ̀nyí ṣì ń fi ìpíndọ́gba on/off gíga hàn ( >103) àti ìpele ...
Gẹ́gẹ́ bí ìlò transistor tí ó ṣe kedere tí ó sì lè nà, a lò ó láti ṣàkóso ìyípadà LED kan (Àwòrán 6A). Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn ní Àwòrán 6B, a lè rí LED aláwọ̀ ewé kedere nípasẹ̀ ẹ̀rọ erogba gbogbo-èrò tí a lè nà tí a gbé tààrà sí òkè. Nígbà tí ó ń nà sí ~100% (Àwòrán 6, C àti D), agbára ìmọ́lẹ̀ LED kò yípadà, èyí tí ó bá iṣẹ́ transistor tí a ṣàlàyé lókè mu (wo fíìmù S1). Èyí ni ìròyìn àkọ́kọ́ ti àwọn ẹ̀rọ ìṣàkóso tí a lè nà tí a ṣe nípa lílo àwọn elektrode graphene, tí ó ń fi ìṣeéṣe tuntun hàn fún àwọn ẹ̀rọ itanna tí a lè nà graphene.
(A) Àyíká transistor láti wakọ LED. GND, ilẹ̀. (B) Fọ́tò transistor gbogbo-carbon tó ṣeé nà àti tó ṣeé nà ní 0% ìṣàn tí a gbé sórí LED aláwọ̀ ewé. (C) Transistor gbogbo-carbon tó ṣeé nà àti tó ṣeé nà tí a lò láti yí LED padà ni a gbé sórí LED ní 0% (òsì) àti ~100% ìṣàn (ọ̀tún). Àwọn ọfà funfun ń tọ́ka sí àwọn àmì ofeefee lórí ẹ̀rọ náà láti fi ìyípadà ijinna tí a nà hàn. (D) Ìwò ẹ̀gbẹ́ transistor tí a nà, pẹ̀lú LED tí a ti tì sínú elastomer.
Ní ìparí, a ti ṣe agbekalẹ eto conductive graphene kan ti o han gbangba ti o ṣetọju conductivity giga labẹ awọn igara nla bi awọn elekitirodi ti o le na, ti a mu ṣiṣẹ nipasẹ awọn nanoscrolls graphene laarin awọn fẹlẹfẹlẹ graphene ti a topọ. Awọn ẹya elekitirodi MGG oni-meji ati mẹta wọnyi lori elastomer le ṣetọju 21 ati 65%, lẹsẹsẹ, ti awọn conductivity 0% wọn ni igara ti o ga to 100%, ni akawe pẹlu pipadanu pipe ti conductivity ni igara 5% fun awọn elekitirodi graphene monolayer deede. Awọn ipa ọna conductive afikun ti awọn yipo graphene ati ibaraenisepo alailagbara laarin awọn fẹlẹfẹlẹ ti a gbe lọ ṣe alabapin si iduroṣinṣin conductivity ti o ga julọ labẹ igara. A tun lo eto graphene yii lati ṣe awọn transistors ti o le na gbogbo erogba. Titi di isisiyi, eyi ni transistor ti o da lori graphene ti o le na julọ pẹlu oye ti o dara julọ laisi lilo buckling. Botilẹjẹpe iwadi yii ni a ṣe lati jẹ ki graphene fun awọn ẹrọ itanna ti o le na, a gbagbọ pe ọna yii le fa si awọn ohun elo 2D miiran lati jẹ ki ẹrọ itanna 2D ti o le na.
A gbin graphene CVD ti o tobi lori awọn foil Cu ti a da duro (99.999%; Alfa Aesar) labẹ titẹ igbagbogbo ti 0.5 mtorr pẹlu 50–SCCM (centimeters onigun mẹrin fun iṣẹju kan) CH4 ati 20–SCCM H2 gẹgẹbi awọn ohun ti o ṣaju ni 1000°C. A fi graphene monolayer bo awọn ẹgbẹ mejeeji ti foil Cu. A fi fẹlẹfẹlẹ tinrin ti PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) bo ni apa kan ti foil Cu, ti o ṣẹda eto PMMA/G/Cu foil/G. Lẹhinna, gbogbo fiimu naa ni a fi omi ammonium persulfate [(NH4)2S2O8] 0.1 M fun bii wakati meji lati yọ foil Cu kuro. Lakoko ilana yii, graphene ẹhin ti ko ni aabo akọkọ ya awọn aala ọkà naa lẹhinna yi wọn pada si awọn yipo nitori titẹ oju ilẹ. A so awọn yipo naa mọ fiimu graphene oke ti PMMA ṣe atilẹyin, o si ṣe awọn yipo PMMA/G/G. Lẹ́yìn náà, a fi omi tí a ti yọ ion kúrò nínú rẹ̀ fọ àwọn fíìmù náà ní ọ̀pọ̀ ìgbà, a sì gbé wọn sí orí ohun èlò tí a fẹ́, bíi SiO2/Si tàbí ohun èlò oníṣẹ́ pásítíkì líle. Nígbà tí fíìmù tí a so mọ́ ọn bá gbẹ lórí ohun èlò náà, a fi acetone, acetone/IPA 1:1 (isopropyl alcohol), àti IPA fún 30 ìṣẹ́jú àáyá kọ̀ọ̀kan láti yọ PMMA kúrò. A fi ooru gbóná àwọn fíìmù náà ní 100°C fún ìṣẹ́jú 15 tàbí kí a fi wọ́n sínú afẹ́fẹ́ ní alẹ́ kí omi tí ó wà nínú rẹ̀ má baà yọ́ pátápátá kí a tó gbé ìpele G/G mìíràn sí i. Ìgbésẹ̀ yìí ni láti yẹra fún yíyọ fíìmù graphene kúrò nínú ohun èlò náà kí a sì rí i dájú pé àwọn MGGs wà ní ìbòrí rẹ̀ nígbà tí a bá ń tú ìpele PMMA jáde.
A ṣe àkíyèsí ìrísí ìṣètò MGG nípa lílo ohun èlò amóhùnmáwòrán optical (Leica) àti ohun èlò amóhùnmáwòrán oníwòrán (1 kV; FEI). A lo ohun èlò amóhùnmáwòrán agbára átọ́míìkì (Nanoscope III, Digital Instrument) ní ipò ìfọ́ láti kíyèsí àwọn kúlẹ̀kúlẹ̀ àwọn àwo G. A dán ìrísí ìrísí fíìmù wò nípa lílo ohun èlò amóhùnmáwòrán tí a lè rí ní ultraviolet (Agilent Cary 6000i). Fún àwọn ìdánwò nígbà tí ìṣàn náà bá wà ní ìtọ́sọ́nà ìtẹ̀síwájú ti ìṣàn ìṣàn lọ́wọ́lọ́wọ́, a lo photolithography àti plasma O2 láti ṣe àpẹẹrẹ àwọn ìṣètò graphene sí àwọn ìlà (~300 μm ní fífẹ̀ àti ~2000 μm ní gígùn), a sì fi àwọn elektirọdu Au (50 nm) sínú ooru nípa lílo àwọn ìbòjú òjìji ní àwọn òpin méjèèjì ti ẹ̀gbẹ́ gígùn náà. Lẹ́yìn náà, a fi àwọn ìlà graphene kan ara wọn pẹ̀lú elastomer SEBS kan (tó tó 2 cm ní fífẹ̀ àti tó 5 cm ní gígùn), pẹ̀lú ìlà gígùn ti àwọn ìlà náà tí ó jọra sí ẹ̀gbẹ́ kúkúrú ti SEBS lẹ́yìn náà, a sì tẹ̀lé etching BOE (buffered oxide etch) (HF:H2O 1:6) àti eutectic gallium indium (EGaIn) gẹ́gẹ́ bí ìsopọ̀mọ́ra iná mànàmáná. Fún àwọn ìdánwò ìdàpọ̀ onípele, a gbé àwọn structur graphene tí kò ní àpẹẹrẹ (~5 × 10 mm) sórí àwọn àpò SEBS, pẹ̀lú àwọn àáké gígùn tí ó jọra sí ẹ̀gbẹ́ gígùn ti àpò SEBS. Fún àwọn ọ̀ràn méjèèjì, a na gbogbo G (láìsí àwọn G scrolls)/SEBS ní ẹ̀gbẹ́ gígùn ti elastomer nínú ẹ̀rọ afọwọ́ṣe, àti ní ipò, a wọn àwọn ìyípadà resistance wọn lábẹ́ ìfúnpá lórí ibùdó ìwádìí pẹ̀lú olùṣàyẹ̀wò semiconductor (Keithley 4200-SCS).
Àwọn transistors gbogbo-carbon tí ó lè nà púpọ̀ tí ó sì hàn gbangba lórí substrate elastic ni a ṣe nípasẹ̀ àwọn ìlànà wọ̀nyí láti yẹra fún ìbàjẹ́ organic solvent ti polymer dielectric àti substrate. A gbé àwọn ètò MGG sórí SEBS gẹ́gẹ́ bí elekitirodu ẹnu-ọ̀nà. Láti gba ìpele dielectric polymer tinrin kan tí ó dọ́gba (nípọn 2 μm), a fi omi SEBS toluene (80 mg/ml) bo orí substrate octadecyltrichlorosilane (OTS) tí a ti ṣe àtúnṣe sí SiO2/Si ní 1000 rpm fún ìṣẹ́jú 1. A lè gbé fíìmù dielectric tinrin náà láti ojú omi hydrophobic OTS sórí substrate SEBS tí a fi graphene tí a ti pèsè sílẹ̀ bò. A lè ṣe capacitor nípa fífi electrode top liquid-metal (EGaIn; Sigma-Aldrich) sínú láti pinnu capacitance gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ ti strain nípa lílo mita LCR (inductance, capacitance, resistance) (Agilent). Apá kejì transistor náà ní àwọn CNT semiconducting polymer-sorted, ní títẹ̀lé àwọn ìlànà tí a ti ròyìn tẹ́lẹ̀ (53). A ṣe àwọn elektrodu orísun/drain tí a ṣe àwòrán rẹ̀ lórí àwọn ohun èlò SiO2/Si tí ó lágbára. Lẹ́yìn náà, a fi àwọn apá méjèèjì, dielectric/G/SEBS àti CNTs/àwòrán G/SiO2/Si, sí ara wọn, a sì fi sínú BOE láti yọ ohun èlò SiO2/Si tí ó lágbára kúrò. Nítorí náà, a ṣe àwọn transistors tí ó hàn gbangba tí ó sì ṣeé nà. A ṣe ìdánwò iná mànàmáná lábẹ́ ìṣàyẹ̀wò náà lórí ìṣètò ìnà ọwọ́ gẹ́gẹ́ bí ọ̀nà tí a mẹ́nu kàn tẹ́lẹ̀.
Àwọn ohun èlò afikún fún àpilẹ̀kọ yìí wà ní http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
Àwòrán S1. Àwọn àwòrán onímọ̀ ìjìnlẹ̀ ojú ti MGG monolayer lórí àwọn ohun èlò SiO2/Si ní onírúurú ìgbéga.
Àwòrán S4. Àfiwé àwọn resistance ìwé méjì-probe àti transmittances @550 nm ti mono-, bi- àti trilayer plain graphene (dudu squares), MGG (pupa circles), àti CNTs (blue triangle).
Àwòrán S7. Ìyípadà ìdènà tí a ṣe déédé ti àwọn MGG mono- àti bilayer bilayer (dúdú) àti G (pupa) lábẹ́ ~1000 cyclic strain tí ń kó ẹrù tó 40 àti 90% parallel strain, ní ìtẹ̀léra.
Àwòrán S10. Àwòrán SEM ti MGG aláwọ̀ mẹ́ta lórí elastomer SEBS lẹ́yìn ìdàrúdàpọ̀, tí ó ń fi àgbékalẹ̀ gígùn kan hàn lórí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìfọ́.
Àwòrán S12. Àwòrán AFM ti MGG onípele mẹ́ta lórí elastomer SEBS tín-ín-rín gan-an ní ìwọ̀n 20%, èyí tó fi hàn pé ìwé yíká kan kọjá lórí ìfọ́ kan.
Táblì S1. Ìṣíkiri àwọn transistors carbon nanotube MGG-ẹyọkan-ogiri ní oríṣiríṣi gígùn ikanni ṣáájú àti lẹ́yìn ìdàrúdàpọ̀.
Àpilẹ̀kọ yìí jẹ́ ìwé tí a pín síta lábẹ́ àwọn òfin ìwé àṣẹ Creative Commons Attribution-NonCommercial, èyí tí ó fún ni láàyè láti lò, pínpín, àti àtúnṣe ní ọ̀nà èyíkéyìí, níwọ̀n ìgbà tí lílo èyí tí ó yọrí sí kò bá ṣe fún àǹfààní ìṣòwò àti bí a bá tọ́ka sí iṣẹ́ àtilẹ̀wá náà dáadáa.
ÀKÍYÈSÍ: Àdírẹ́sì ìméèlì rẹ nìkan ni a ń béèrè fún kí ẹni tí o ń dámọ̀ràn ojú ìwé náà mọ̀ pé o fẹ́ kí wọ́n rí i, àti pé kì í ṣe ìwé àfọwọ́kọ lásán. A kò gba àdírẹ́sì ìméèlì kankan.
Ibeere yii wa fun idanwo boya o jẹ alejo eniyan tabi rara ati lati ṣe idiwọ awọn ifisilẹ spam laifọwọyi.
Nipasẹ 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
Nipasẹ 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 Ẹgbẹ Amẹrika fun Ilọsiwaju ti Imọ. Gbogbo awọn ẹtọ wa ni ipamọ. AAAS jẹ alabaṣepọ ti HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ati COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Jan-28-2021