Ko nga rauemi ahu-rua, penei i te graphene, he mea ataahua mo nga tono semiconductor tikanga me nga tono hou i roto i te hikohiko ngawari.Heoi, ko te kaha o te kaha o te graphene ka pakaru i te riipene iti, na te mea he uaua ki te tango painga o ona taonga hiko i roto i nga hiko totoro.Kia taea ai te mahi tino pai ki te riaka-whakawhirinaki o nga kaikawe graphene marama, i hangaia e matou he graphene nanoscrolls i waenga i nga paparanga graphene kua tapae, e kiia ana ko nga panuku graphene/graphene multilayer (MGGs).I raro i te riaka, ka hono etahi panuku i nga wahanga wahanga o te graphene ki te pupuri i te kupenga whakakoi kia pai ai te kawe i nga riipene teitei.Ko nga MGG Trilayer e tautokohia ana i runga i nga elastomers i pupuri i te 65% o to raatau whakahaere taketake i te 100% riaka, e tika ana ki te ahunga o te rere o naianei, engari ko nga kiriata trilayer o te graphene kahore he nanoscrolls i pupuri i te 25% anake o te whakahaerenga timatanga.He transistor waro-katoa totoro i hangaia ma te whakamahi i nga MGG hei hikohiko e whakaatu ana i te whakawhiti o te >90% me te pupuri i te 60% o tana putanga o naianei i te 120% riaka (whakarara ki te ahunga o te kawe utu).Ka taea e enei transistors waro-katoa te totoro me te maramara ka taea te optoelectronics totoro.
Ko te hikohiko maramara totoro he mara e tipu haere ana e whai tono nui ana i roto i nga punaha koiora matatau (1, 2) tae atu ki te kaha ki te whakauru ki te optoelectronics totoro (3, 4) ki te whakaputa karetao ngawari me nga whakaaturanga.Ko te Graphene e whakaatu ana i nga ahuatanga tino hiahia o te matotoru ngota, te maamaatanga teitei, me te kaha o te kawe, engari ko tana whakatinanatanga i roto i nga tono whakaroa kua aukatihia e tona kaha ki te pakaru i nga riipene iti.Ma te whakakore i nga here miihini o te graphene ka taea te mahi hou i roto i nga taputapu maramara totoro.
Ko nga ahuatanga ahurei o te graphene ka waiho hei kaitono kaha mo te whakatipuranga e whai ake nei o nga hiko hiko hiko (5, 6).Ka whakatauritea ki te kaikawe maramara e whakamahia nuitia ana, indium tin oxide [ITO;100 ohms/tapawha (sq) i te 90% puataata ], monolayer graphene i whakatipuhia e te waipara kohu matū (CVD) he rite te whakakotahitanga o te parenga pepa (125 ohms/sq) me te marama (97.4%) (5).I tua atu, he tino ngawari nga kiriata graphene ki te ITO (7).Hei tauira, i runga i te tïpako kirihou, ka taea te pupuri i tona kawe ahakoa mo te radius piko o te kopiko iti 0.8 mm (8).Hei whakarei ake i tana mahi hiko hei kaikawe maramara ngawari, kua whakawhanakehia e nga mahi o mua he rauemi ranu graphene me nga waea-a-ahu (1D) hiriwa nanowires, waro nanotubes ranei (CNTs) (9-11).I tua atu, kua whakamahia te graphene hei hiko mo te whakaurunga heterostructural semiconductors (pērā i te 2D nuinga Si, 1D nanowires/nanotubes, me te 0D quantum ira ) (12), transistors ngāwari, pūtau solar, me te marama-emitting diodes (LED) (13). –23).
Ahakoa kua whakaatuhia e te graphene nga hua pai mo te hikohiko ngawari, ko tana tono i roto i nga hikohiko totoro kua whakawhäitihia e ona taonga miihini (17, 24, 25);Ko te graphene he 340 N/m te maro o roto-rererangi me te 0.5 TPa (26) o te Young's modulus.Ko te kupenga waro-wao kaha karekau e whakarato i nga tikanga tohanga hiko mo te riaka tono, na reira ka pakaru noa i te iti iho i te 5% riaka.Hei tauira, ko te CVD graphene i whakawhitia ki runga i te polydimethylsiloxane (PDMS) tïpako rapa ka taea anake te pupuri i tana kawe i te iti iho i te 6% riaka (8).E ai ki nga tatauranga ariā ko te kurumaru me te honohono i waenga i nga paparanga rereke ka tino heke te maro (26).Ma te whakakao i te graphene ki roto i nga paparanga maha, e ai ki te korero ko tenei kauwhata takirua-takirua-toru ranei ka totoro ki te 30% riaka, e whakaatu ana i te huringa parenga 13 te iti ake i tera o te graphene monolayer (27).Heoi ano, he iti tonu tenei toronga ki nga hiko torotoro c taea (28, 29).
He mea nui nga transistors i roto i nga tono totoro na te mea ka taea e ratou te panui pukoro matatau me te tātari tohu (30, 31).Ko nga transistors i runga i te PDMS me te graphene multilayer hei puna / wai hiko me nga mea hongere ka taea te pupuri i te mahi hiko ki runga ki te 5% riaka (32), he mea tino nui ki raro i te uara iti e hiahiatia ana (~ 50%) mo nga pukoro tirotiro hauora me te kiri hiko. 33, 34).Ina tata nei, kua tirotirohia he huarahi graphene kirigami, a ko te transistor kua tutakina e te wai hiko ka taea te toro atu ki te 240% (35).Heoi, me graphene whakatārewa tenei tikanga, e whakararu ana i te mahi tito.
I konei, ka whakatutukihia e matou nga taputapu graphene tino totoro ma te whakawhiti i nga panuku graphene (~ 1 ki te 20 μm te roa, ~ 0.1 ki te 1 μm te whanui, me te ~ 10 ki te 100 nm teitei) i waenga i nga paparanga graphene.Ki ta matou whakapae ka taea e enei panuku kauwhata te tuku ara kawe ki te piri i nga kapiti i roto i nga pepa kauwhata, na reira ka mau tonu te kawe i raro i te taumahatanga.Ko nga panuku graphene e kore e hiahia ki te whakahiato, ki te tukanga ranei;he mea hanga noa i roto i te tikanga whakawhiti maku.Na roto i te whakamahi i nga panuku maha G/G (graphene/graphene) (MGGs) graphene totoro electrodes (puna/puna me te kuwaha) me nga CNT semiconducting, i taea e matou te whakaatu i nga transistors waro-katoa tino marama me te tino toronga, ka taea te totoro ki te 120 % riaka (whakarara ki te ahunga o te kawe utu) me te pupuri i te 60 % o te putanga o naianei.Koinei te transistor waro-a-wao tino totoro, a he rawaka te naianei hei peia he LED parakore.
Hei whakaahei i nga irahiko graphene e taea ana te hora-nui, i whiriwhiria e matou he kawhene whakatipu CVD i runga i te kopa Cu.I whakatarewahia te pepa Cu ki waenganui o te ngongo kiripaka CVD kia taea ai te tipu o te graphene ki nga taha e rua, ka hanga i nga hanganga G/Cu/G.Hei whakawhiti i te graphene, i te tuatahi ka pania e matou he papa angiangi o te poly(methyl methacrylate) (PMMA) hei tiaki i tetahi taha o te graphene, i tapaina e matou ko te topside graphene (he rereke mo tera taha o te graphene), ka mutu, ko te Ko te kiriata katoa (PMMA/graphene runga/Cu/graphene raro) i rukuhia ki te wairewa (NH4)2S2O8 hei tarai i te takai Cu.Ko te kauwhata taha-raro karekau he paninga PMMA karekau he kapiti me nga koha e taea ai te kuhu o te etchant (36, 37).E whakaatu ana i te Whakaahua 1A, i raro i te paheketanga o te mata, ka huri nga rohe graphene i tukuna ki roto ki nga panuku, ka piri ki te kiriata runga-G/PMMA e toe ana.Ko nga panuku runga-G/G ka taea te whakawhiti ki runga i tetahi taputapu, penei i te SiO2/Si, te karaihe, te polymer ngawari ranei.Ko te tukurua i tenei tukanga whakawhiti he maha nga wa ki runga i te taputapu kotahi ka hoatu nga hanganga MGG.
(A) He whakaahuatanga mo te hangahanga mo nga MGG hei hiko totoro.I te wa o te whakawhiti graphene, ka pakaruhia te graphene o muri i runga i te konumohe Cu i nga rohe me nga koha, ka hurihia ki runga ki nga ahua rereke, ka piri ki nga kiriata o runga, ka hangaia he nanoscrolls.Ko te pakiwaituhi tuawha e whakaatu ana i te hanganga MGG kua tapae.(B me C) Ko nga ahuatanga TEM taumira teitei o te MGG monolayer, e aro ana ki te graphene monolayer (B) me te rohe panuku (C), ia.Ko te whakaurunga o (B) he ahua iti-whakarahi e whakaatu ana i te ahua o te ahua o nga MGG monolayer i runga i te matiti TEM.Ko nga whakaurunga o (C) ko nga tohu kaha ka mau ki te taha o nga pouaka tapawha e tohuhia ana i te ahua, kei te 0.34 me te 0.41 nm nga tawhiti i waenga i nga rererangi ngota.(D ) Waro K-edge EEL hihinga me te tohu kauwhata π* me te σ* tihi kua tapaina.(E) Te ahua AFM o nga panuku G/G monolayer me te ahua teitei i te taha o te raina iraira kowhai.(F ki I) Kaitito mata me te AFM whakapakoko s o trilayer G kahore (F me H) me te panuku (G me I) i runga i 300-nm-matotoru SiO2 / Si substrates, ia.I tapaina nga panuku me nga korukoru hei whakaatu i o raatau rereketanga.
Hei manatoko he graphene te hurihanga o nga panuku i roto i te taiao, i whakahaerehia e matou he maataki hikoi irahiko tuku taumira teitei (TEM) me te mate hiko hiko (EEL) rangahau mo nga hanganga panuku runga-G/G monolayer.Ko te Whakaahua 1B e whakaatu ana i te hanga hexagonal o te graphene monolayer, a ko te whakaurunga he ahua katoa o te kiriata kua hipokina ki te kohao waro kotahi o te matiti TEM.Ko te graphene monolayer e toro ana i te nuinga o te matiti, a ka puta mai etahi tawerewere graphene i te aroaro o nga puranga maha o nga mowhiti hexagonal (Fig. 1B).Ma te topa ki roto i tetahi panuku takitahi (Fig. 1C), i kite matou i te nui o nga taniko graphene lattice, me te mokowhiti mokowhiti i te awhe o te 0.34 ki te 0.41 nm.Ko enei inenga e tohu ana ka huri matapōkeretia nga tawerewere, karekau he kauwhata tino tika, he 0.34 nm te mokowhiti kupenga i roto i te paparanga paparanga "ABAB".Ko te Whakaahua 1D e whakaatu ana i te waro K-edge EEL spectrum, ko te tihi i te 285 eV i ahu mai i te π* orbital me tetahi atu huri noa i te 290 eV na te whakawhiti o te σ* orbital.Ka kitea ko te hononga sp2 te rangatira i roto i tenei hanganga, me te manatoko he tino kauwhata nga panuku.
Ko nga whakaahua matarohia me te miihini kaha ngota (AFM) e whakaatu ana i te maarama ki te tohatoha o nga nanoscroll graphene i roto i nga MGG (Fig. 1, E to G, me nga piki. S1 me S2).Ka tohatoha matapōkeretia ngā panuku ki runga i te mata, ā, ka piki ake te kiato o roto -plane ki te maha o ngā paparanga tāpae.He maha nga panuku ka kuia ki roto i nga pona me te whakaatu i nga teitei kore orite i te awhe o te 10 ki te 100 nm.Ko te 1 ki te 20 μm te roa me te 0.1 ki te 1 μm te whanui, i runga i te rahi o o ratou tawerewere graphene tuatahi.E whakaatu ana i te Whakaahua 1 (H me I), he tino nui ake nga rahi o nga panuku i nga kita, ka puta he atanga taratara ake i waenga i nga paparanga graphene.
Hei ine i nga ahuatanga hiko, ka whakatauirahia e matou nga kiriata graphene me nga hanganga panuku, karekau ranei, me te paparanga paparanga ki roto i te 300-μm te whanui me te 2000-μm te roa ma te whakamahi whakaahua whakaahua.Ko nga parenga e rua-tirohanga hei mahi o te riaka i inehia i raro i nga ahuatanga taiao.Ko te noho mai o nga panuku i whakaiti i te parenga mo te monolayer graphene e 80% me te 2.2% anake te heke o te whakawhiti (piki S4).Ko tenei e whakapumau ana ko nga nanoscrolls, he nui te teitei o te waa ki te 5 × 107 A / cm2 (38, 39), he tino pai te whakauru hiko ki nga MGG.I roto i te katoa o te mono-, bi-, me te trilayer mania graphene me MGGs, te torulayer MGG he pai te whakahaere me te marama tata ki te 90%.Hei whakataurite ki etahi atu puna o te graphene i korerotia i roto i nga tuhinga, i ine ano matou i nga parenga pepa e wha-tirohanga (piki S5) ka whakarārangihia hei mahi o te whakawhiti i te 550 nm (piki S6) i te Whakaahua 2A.E whakaatu ana a MGG i te ahua rite, teitei ake ranei te kawe me te maamaatanga i te kawhata maamaa maha me te waikura kauwhata whakaheke (RGO) (6, 8, 18).Kia mahara ko nga parenga pepa o te kawhata maamaa paparanga maha-a-iwi kua tapaehia mai i nga tuhinga he paku teitei ake i to taatau MGG, na te mea pea na te kore arotau o te tipu me te tikanga whakawhiti.
(A) E wha-tirohanga rau parenga ki te whakawhiti i te 550 nm mo te maha o nga momo graphene, kei reira nga tapawha pango e tohu ana i nga MGG mono-, bi-, trilayer;Ko nga porowhita whero me nga tapatoru kikorangi e rite ana ki te kauwhata mania multilayer i tupu ki Cu me Ni mai i nga rangahau a Li et al.(6) me Kim et al.(8), ia, ka whakawhitia ki runga SiO2/Si, kiripaka ranei;me nga tapatoru matomato he uara mo te RGO i nga nekehanga whakaheke rereke mai i te ako a Bonaccorso et al.( 18).(B me C) Te huringa parenga noa o nga MGG kotahi, takirua me te taarua toru me te G hei mahi o te riaka tika (B) me te whakarara (C) ki te ahunga o te rere o naianei.(D) Ko te huringa parenga noa o te bilayer G (whero) me te MGG (pango) i raro i te riaka porohita e utaina ana ki te 50% riaka tika.(E) He rereke te huringa parenga o te trilayer G (whero) me te MGG (pango) i raro i te riaka porohita e uta ana ki te 90% riaka whakarara.(F) Te huri i te kaha o te mono-, bi- me te trilayer G me te takirua me te trilayer MGG hei mahi o te riaka.Ko te whakaurunga ko te hanganga capacitor, kei reira ko SEBS te taputapu polymer me te papanga dielectric polymer ko te SEBS 2-μm-te matotoru.
Hei arotake i te mahinga riipene a te MGG, i whakawhitia e matou te graphene ki runga i nga taputapu thermoplastic elastomer styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) (~ 2 cm te whanui me te ~5 cm te roa), ka inehia te kawe i te wa e toro ana te taputapu. (Tirohia nga Rauemi me nga Tikanga) e noho tika ana me te whakarara ki te ahunga o te rere o naianei (Whakaahua 2, B me C).I pai ake te whanonga hiko e whakawhirinaki ana ki te riaka na te whakaurunga o nga nanoscrolls me te piki haere o nga paparanga graphene.Hei tauira, ina e tika ana te riaka ki te rere o naianei, mo te graphene monolayer, ko te taapiri o nga panuku ka piki ake te riaka i te pakaru o te hiko mai i te 5 ki te 70%.Ko te kaha o te riaka o te graphene trilayer ka tino pai ake ki te whakatairite ki te monolayer graphene.Ma te nanoscrolls, i te 100% te riaka tiuaro, ka piki noa te parenga o te hanganga trilayer MGG ma te 50%, ki te whakataurite ki te 300% mo te trilayer graphene kaore he panuku.I tirotirohia te huringa aatete i raro i te taumahatanga o te taumahatanga hurihanga.Hei whakatairite (Whakaahua 2D), ka piki ake nga parenga o te kiriata graphene bilayer mania mo te 7.5 nga wa i muri i te ~700 huringa i te 50% te riaka tika me te piki haere tonu me te riaka i ia huringa.I tetahi atu taha, ko te parenga o te bilayer MGG i piki noa mo te 2.5 nga wa i muri i te ~700 huringa.Te tono ki runga ki te 90% riaka i te ahunga whakarara, ka piki ake te parenga o te trilayer graphene ~ 100 nga wa i muri i nga huringa 1000, engari he ~ 8 noa nga wa i roto i te torulayer MGG (Fig. 2E).Ko nga hua eke paihikara e whakaatuhia ana i te piki.S7.Ko te pikinga tere ake o te aukati i te taha o te ahunga riaka whakarara na te mea e tika ana te takotoranga o nga kapiti ki te ahunga o te rere o naianei.Ko te rereke o te aukati i te wa e utaina ana me te whakaheke i te riaka na te whakaora viscoelastic o te SEBS elastomer substrate.Ko te kaha ake o te atete o nga taapi MGG i te wa e eke paihikara ana na te nui o nga panuku ka taea te hono i nga wahanga kapiti o te graphene (e kiia ana e te AFM), e awhina ana ki te pupuri i te huarahi whakakoi.Ko tenei ahuatanga o te pupuri i te kawe mai i te ara percolating kua panuitia i mua mo nga konganuku kapiti me nga kiriata hauhanga i runga i nga taputapu elastomer (40, 41).
Hei arotake i enei kiriata i runga i te graphene hei electrodes kuaha i roto i nga taputapu totoro, ka hipokina e matou te paparanga graphene ki te paparanga dielectric SEBS (2 μm te matotoru) me te aro turuki i te huringa o te kaha dielectric hei mahi o te riaka (tirohia te Whakaahua 2F me nga Rauemi Tāpiri mo taipitopito).I kite matou ka tere te heke o nga hiko me te monolayer me te bilayer graphene electrodes na te ngaro o te kawe i roto i te rererangi o te graphene.He rereke, ko nga capacitances kua tutakina e nga MGG me te kauwhata trilayer mania i whakaatu i te pikinga o te kaha me te riaka, e tika ana na te whakahekenga o te matotoru dielectric me te riaka.Ko te pikinga e tumanakohia ana i roto i te puritanga he tino pai ki te hanga MGG (piki S8).E tohu ana tenei he pai te MGG hei hiko hiko mo nga transistors totoro.
Hei whakatewhatewha ake i te mahi a te panuku graphene 1D i runga i te taumahatanga o te kawe hiko me te whakahaere pai ake i te wehenga i waenga i nga paparanga graphene, i whakamahia e matou nga CNT kua pania rehu hei whakakapi i nga panuku graphene (tirohia nga Rauemi Tāpiri).Hei whakatauira i nga hangahanga MGG, ka whakatakotoria e matou e toru kiato o CNTs (ara, CNT1
(A ki te C) nga whakaahua AFM o nga kiato rereke e toru o nga CNT (CNT1
Kia maarama ake ai to raatau kaha hei hikohiko mo te hikohiko totoro, i tirotirohia e matou nga ahuatanga o te MGG me te G-CNT-G i raro i te riaka.Karekau he tikanga tohu tohu whaihua na te mea karekau he rerekee o te tae me te SEM kei raro i nga mahi toi atahanga i te wa e tirotirohia ana i te irahiko i te wa e mau ana te graphene i runga i nga taputapu polymer (piki. S9 me S10).Hei kite i roto i te waahi te mata o te graphene i raro i te riaka, i kohia e matou nga inenga AFM i runga i nga MGG trilayer me te graphene mania i muri i te whakawhiti ki runga (~0.1 mm te matotoru) me nga taputapu SEBS rapa.Na te kino o roto o te CVD graphene me te kino o waho i te wa o te tukanga whakawhiti, ka puta nga kapiti ki runga i te graphene kua werohia, me te piki haere o te riipene, ka kaha ake nga kapiti (Fig. 4, A ki D).I runga i te hanganga o nga hiko o te waro, ka whakaatuhia e nga kapiti nga momo ahua rereke (piki S11) (27).Ko te kiato o te waahi kapiti (kua tautuhia hei waahi kapiti/roohanga kua tātarihia) o te kauwhata paparanga maha he iti ake i tera o te graphene monolayer i muri i te riaka, e rite ana ki te pikinga o te kawe hiko mo nga MGG.I tetahi atu taha, ka kitea nga panuku ki te piri i nga kapiti, ka whakarato i etahi atu ara whakahaere i roto i te kiriata kua werohia.Hei tauira, i tapaina ki te ahua o te Fig. 4B, he panuku whanui i whiti i runga i te kapiti i roto i te torulayer MGG, engari karekau he panuku i kitea i te graphene mania (Fig. 4, E ki H).He pera ano, na nga CNT ano i piri nga kapiti o te graphene (whakaahua S11).Ko te kiato o te waahi kapiti, te kiato o te waahi panuku, me te taratara o nga kiriata kua whakarāpopotohia ki te Whakaahua 4K.
(A ki te H) Ko nga whakaahua AFM i roto i nga waahi o nga panuku G/G trilayer (A ki D) me nga hanganga trilayer G (E ki H) i runga i te SEBS tino kikokore (~0.1 mm te matotoru) elastomer i te 0, 20, 60, me te 100 % riaka.Ko nga kapiti me nga panuku he tohu ki nga pere.Ko nga whakaahua AFM katoa kei te waahi o te 15 μm × 15 μm, ma te whakamahi i te pae tauine tae rite ki te tapanga.(I) Hangahanga whaihanga o nga hikohiko graphene monolayer tauira i runga i te tïpako SEBS.(J) Mapi taiwhanga whaihanga o te tino riaka arorau matua i roto i te graphene monolayer me te tïpako SEBS i te 20% riaka o waho.(K) Te whakatairitetanga o te kiato rohe kapiti (pou whero), kiato horahanga panuku (pou kowhai), me te taratara o te mata (pou kikorangi) mo nga hanganga kauwhata rereke.
I te wa e torohia ana nga kiriata MGG, he tikanga nui ano ka taea e nga panuku te hono i nga rohe ngatata o te graphene, me te pupuri i te kupenga uru.Ko nga panuku graphene he oati na te mea ka taea e ratou te tekau micrometers te roa, na reira ka taea te hono i nga kapiti ka eke ki te tauine micrometer.I tua atu, na te mea he maha nga paparanga o te graphene o nga panuku, e tika ana kia iti te aukati.Hei whakatairite, he iti noa iho (te whakawhiti iti) nga whatunga CNT hei whakarato i te kaha o te piriti arataki rite, i te mea he iti ake nga CNT (he iti noa nga micrometers te roa) he iti ake te kawe i nga panuku.I tetahi atu ringa, pera me te whakaatu i te piki.S12, i te mea ka pakaru te graphene i te wa e toro ana ki te whakamau i te riaka, karekau nga panuku e pakaru, e tohu ana tera pea kei te paheke te mea whakamutunga ki te kauwhata o raro.Ko te take i kore ai e kapiti na te mea kua hurihia, he maha nga paparanga o te graphene (~ 1 ki te 2 0 μm te roa, ~ 0.1 ki te 1 μm te whanui, me te ~ 10 ki te 100 nm teitei), kua he kōwae whaihua teitei ake i te graphene paparanga kotahi.E ai ki nga korero a Green me Hersam (42), ka taea e nga whatunga CNT konganuku (te diameter ngongo o te 1.0 nm) te whakatutuki i nga parenga pepa iti <100 ohms/sq ahakoa te nui o te aukati i waenga i nga CNT.Ki te whakaaro he 0.1 ki te 1 μm te whanui o a tatou panuku graphene me te nui ake o nga waahi whakapiri o nga panuku G/G i nga CNT, ko te parenga whakapiri me te waahi whakapiri i waenga i nga pukapuka graphene me te graphene me kaua e whakatiki i nga mea hei pupuri i te kawe teitei.
He teitei ake te graphene i te taputapu SEBS.Ahakoa he iti ake te matotoru whaihua o te hiko graphene i tera o te tïpako, ko te pakari o te wa graphene he rite te matotoru ki to te tïpako (43, 44), ka hua mai he huanga-motu-motu.I whakatairitehia e matou te whakarereketanga o te graphene 1-nm-te matotoru i runga i te tïpako SEBS (tirohia nga Rauemi Tāpiri mo nga taipitopito).E ai ki nga hua whaihanga, ka tukuna te 20% riaka ki te substrate SEBS i waho, ko te riipene toharite i roto i te graphene he ~ 6.6% (Fig. 4J and fig. S13D), e rite ana ki nga tirohanga whakamatautau (tirohia te pikitia S13). .I whakatairitehia e matou te riaka i roto i te tauira graphene me te rohe tïpako ma te whakamahi i te karu whatu a ka kitea ko te riaka i te rohe tïpako he rua neke atu i te rua te riaka i te rohe graphene.E tohu ana tenei ko te riipene e pa ana ki nga tauira graphene electrode ka taea te tino kati, ka hangaia he motu maro o te graphene ki runga ake o SEBS (26, 43, 44).
Na reira, ko te kaha o nga electrodes MGG ki te pupuri i te kaha o te kawe i raro i nga riaka teitei ka taea e nga tikanga nui e rua: (i) Ka taea e nga panuku te piriti i nga rohe momotu hei pupuri i te ara percolation conductive, a (ii) ka paheke pea nga pepa graphene/elastomer multilayer. i runga i tetahi ki tetahi, ka heke te riu ki runga i nga hiko graphene.Mo nga paparanga maha o te graphene kua whakawhitia i runga i te elastomer, kaore e tino piri nga papa ki tetahi ki tetahi, ka paheke pea hei whakautu ki te riaka (27).I whakanuia ano e nga panuku te taratara o nga paparanga graphene, tera pea ka nui ake te wehenga i waenga i nga paparanga graphene, na reira ka taea te paheke o nga paparanga graphene.
Ko nga taputapu waro-katoa e tino whaia ana na te iti o te utu me te nui o te whakaputanga.I roto i a maatau, i hangaia nga transistors waro-katoa ma te whakamahi i te kuaha graphene o raro, te puna graphene/whakapapatanga o runga o te graphene, te hauhanga CNT kua tohua, me te SEBS hei dielectric (Whakaahua 5A).E whakaatu ana i te Whakaahua 5B, ko te taputapu waro-katoa me nga CNT hei puna/whakaheke me te kuaha (te taputapu o raro) he puatakore ake i te taputapu whai hiko graphene (te taputapu runga).Ko tenei na te mea he nui ake te matotoru o nga whatunga CNT, a, na reira, he iti ake nga tukunga whatu hei whakatutuki i nga parenga pepa e rite ana ki te graphene (whakaahua S4).Ko te Whakaahua 5 (C me D) e whakaatu ana i te whakawhiti tohu me nga pihi whakaputa i mua i te riaka mo te transistor i hangaia ki nga hikohiko MGG bilayer.Ko te whanui o te hongere me te roa o te transistor karekau he 800 me te 100 μm.He nui ake i te 103 te ōwehenga o runga/atu i te 103 me te au o runga me te au i nga taumata o te 10−5 me te 10−8 A.E whakaatu ana te kurupae whakaputanga i nga tikanga raina me te sa turation tino pai ki te whakawhirinaki ki te kuaha-ngaohiko, e tohu ana i te whakapiri pai i waenga i nga CNT me nga hiko graphene (45).Ko te parenga whakapiri ki nga electrodes graphene i kitea he iti ake i tera me te kiriata Au kua ngotea (tirohia te piki. S14).Ko te mokowhiti o te transistor totoro he 5.6 cm2/Vs, he rite ki te ahua o nga transistors CNT kua tohua te polymer i runga i nga taputapu Si maaro me te 300-nm SiO2 hei paparanga dielectric.Ko te whakapai ake i te nekeneke ka taea ki te whakapai ake i te kiato ngongo me etahi atu momo ngongo (46).
ANga SWNT, ngongo waro kotahi-taiepa.(B) Whakaahua o nga transistors totoro i hangaia mai i nga hiko graphene (runga) me nga hiko CNT (raro).Ka tino kitea te rereketanga o te maarama.( C me D) Whakawhiti me nga pihi whakaputa o te transistor-a-graphene i runga i te SEBS i mua i te riaka.(E me te F) Whakawhiti ana i nga pihinga, i runga me te atu o naianei, i runga/atu i te tauwehenga, me te nekeneke o te transistor-a-kawhata i nga riaka rereke.
I te toronga o te taputapu waro-katoa ki te ahunga whakarara ki te ahunga kawe utu, ka kitea te iti o te paheketanga ki te 120% te riaka.I te wa o te toronga, ka heke tonu te nekehanga mai i te 5.6 cm2/Vs i te 0% riaka ki te 2.5 cm2/Vs i te 120% riaka (Fig. 5F).I whakaritea ano e matou te mahi transistor mo nga roanga hongere rereke (tirohia te ripanga S1).Ko te mea nui, i te riipene penei i te 105%, kei te whakaatu tonu enei transistors katoa i te tauwehenga o runga/atu teitei (>103) me te nekeneke (>3 cm2/Vs).I tua atu, i whakarāpopotohia e matou nga mahi o mua tata nei mo nga whakawhiti waro-katoa (tirohia te ripanga S2) (47–52).Ma te arotau i te hanga taputapu i runga i nga elastomers me te whakamahi i nga MGG hei hoapaki, he pai te mahi a a maatau transistors waro-katoa i runga i te nekeneke me te hysteresis tae atu ki te tino totoro.
Hei tono mo te transistor tino marama me te torotoro, i whakamahia e matou hei whakahaere i te whakawhiti a te LED (Whakaahua 6A).E whakaatu ana i te Whakaahua 6B, ka tino kitea te LED kakariki ma te taputapu waro-katoa ka taea te toro ki runga.I te wa e toro atu ana ki te ~ 100% (Fig. 6, C me D), kaore e rereke te kaha o te rama LED, e rite ana ki te mahi transistor i whakaahuahia i runga ake nei (tirohia te kiriata S1).Koinei te purongo tuatahi mo nga wae mana torotoro i hangaia ma te whakamahi i nga hiko graphene, e whakaatu ana i te huarahi hou mo te hikohiko torohaki graphene.
(A) Iahiko o te transistor hei taraiwa LED.GND, whenua.(B) Whakaahua o te whakawhiti waro-katoa ka taea te toro me te maramara i te riaka 0% i utaina ki runga ake i te LED matomato.(C) Ko te transistor maramara waro-katoa me te totoro e whakamahia ana hei huri i te LED kei te whakairihia ki runga ake o te LED i te 0% (maui) me ~100% riaka (matau).Ka tohu nga pere ma ko nga tohu kowhai kei runga i te taputapu hei whakaatu i te huringa tawhiti e totoro ana.(D) Tirohanga taha o te transistor totoro, me te LED ka pana ki roto i te elastomer.
Hei mutunga, kua whakawhanakehia e matou he hanganga graphene conductive marama e pupuri ana i te kaha o te kawe i raro i nga taumahatanga nui hei hiko totoro, ka taea e nga graphene nanoscrolls i waenga i nga paparanga graphene kua tapae.Ko enei hangahanga hiko MGG takirua me te taarua i runga i te elastomer ka taea te pupuri i te 21 me te 65%, o te 0% o te riipene hiko i te riaka ki te 100%, ka whakatauritea ki te ngaronga katoa o te kawe i te 5% riaka mo nga hiko o te graphene monolayer. .Ko nga huarahi taapiri o nga panuku graphene tae atu ki te ngoikore o te taunekeneke i waenga i nga paparanga whakawhiti ka uru ki te pai ake o te kawe i raro i te riaka.I whakamahia ano e matou tenei hanganga graphene ki te hanga i nga transistors totoro waro-katoa.I tenei wa, koinei te transistor e hangai ana ki te graphene me te tino marama me te kore e whakamahi i te peeke.Ahakoa i whakahaeretia te rangahau o naianei kia taea ai te graphene mo te hikohiko totoro, e whakapono ana matou ka taea tenei huarahi ki te toro atu ki etahi atu rauemi 2D kia taea ai te hikohiko 2D totoro.
I whakatipuria te graphene CVD-nui ki runga i nga pepa Cu i whakatarewahia (99.999%; Alfa Aesar) i raro i te pehanga tonu o te 0.5 mtorr me te 50–SCCM (henemita kubiko paerewa mo ia meneti) CH4 me te 20–SCCM H2 hei tohu i te 1000°C.Ko nga taha e rua o te takai Cu i hipokihia e te graphene monolayer.He papanga angiangi o te PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) i pania ki tetahi taha o te pepa Cu, ka hanga he hanga PMMA/G/Cu foil/G.i muri iho, ka rukuhia te kiriata katoa ki te wairewa haukinia persulfate [(NH4)2S2O8] 0.1 M mo te 2 haora hei tarai i te kopa Cu.I roto i tenei tukanga, ka haea tuatahi te graphene taha tuara karekau i te taha o nga rohe o te witi, katahi ka hurihia hei panuku na te raru o te mata.I piri nga panuku ki runga i te kiriata graphene o runga e tautokohia ana e te PMMA, ka hangaia he panuku PMMA/G/G.He maha nga wa ka horoia nga kiriata ki roto i te wai whakahekehia, ka whakatakotoria ki runga i te tïpako i whäia, përä i te SiO2/Si, te tïpako kirihou ranei.I te whakamaroketanga o te kiriata piri ki runga i te tïpako, ka rukuhia te tauira ki roto i te acetone, 1:1 acetone/IPA (isopropyl alcohol), me te IPA mo te 30 hēkona hei tango i te PMMA.I whakawerahia nga kiriata i te 100°C mo te 15 meneti, ka pupurihia ranei i roto i te waahi mo te po hei tango katoa i te wai i mau i mua i te whakawhiti i tetahi atu paparanga o te pukapuka G/G ki runga.Ko tenei mahi he karo i te wehenga o te kiriata graphene mai i te taputapu me te whakarite kia kapi katoa nga MGG i te tukunga o te paparanga kawe PMMA.
Ko te ahua o te hangahanga MGG i kitea ma te whakamahi i te karu hiko (Leica) me te karu hiko matawai (1 kV; FEI).He karuiti kaha ngota (Nanoscope III, Taputapu Mamati) i whakahaerea i roto i te aratau paopao hei mataki i nga korero o nga panuku G.I whakamatauria te maramatanga o te kiriata e te irirangi-kitea- ultraviolet (Agilent Cary 6000i).Mo nga whakamatautau i te wa e haere ana te riaka ki te ahunga tika o te rere o naianei, ka whakamahia te whakaahua whakaahua me te plasma O2 ki te whakatauira i nga hanganga graphene ki roto i nga takai (~ 300 μm te whanui me te ~ 2000 μm te roa), me te Au (50 nm) nga hiko i te waiariki ma te whakamahi. kopare atarangi i nga pito e rua o te taha roa.Ka honoa nga takai graphene ki te SEBS elastomer (~2 cm te whanui me te ~5 cm te roa), me te tuaka roa o nga takai e whakarara ana ki te taha poto o SEBS whai muri ko BOE (buffered oxide etch) (HF:H2O 1:6) te tarai me te eutectic gallium indium (EGaIn) hei whakapiri hiko.Mo nga whakamatautau riaka whakarara, ka whakawhitia te hanganga graphene kore tauira (~5 × 10 mm) ki runga i nga taputapu SEBS, me nga toki roa e whakarara ana ki te taha roa o te taputapu SEBS.Mo nga take e rua, ko te G katoa (kaore he panuku G) / SEBS i horahia ki te taha roa o te elastomer i roto i te taputapu a-ringa, a, i roto i te waahi, i inehia e matou o raatau huringa aukati i raro i te riipene i runga i te teihana tirotiro me te kaitirotiro semiconductor (Keithley 4200 -SCS).
Ko nga transistors waro-katoa tino totoro me te maramara i runga i te tïpako rapa i hangaia e nga tikanga e whai ake nei hei karo i te kino whakarewa waro o te dielectric polymer me te tïpako.I whakawhitia nga hanganga MGG ki SEBS hei hiko hiko.Ki te whiwhi i tetahi paparanga dielectric polymer-kiriata angiangi (2 μm te matotoru), he otinga SEBS toluene (80 mg/ml) i whakakikoruatia ki runga i te octadecyltrichlorosilane (OTS)-whakarerekehia te tïpako SiO2/Si i te 1000 rpm mo te 1 min.Ko te kiriata dielectric angiangi ka ngawari te whakawhiti mai i te mata OTS hydrophobic ki runga i te tïpako SEBS kua hipokina ki te graphene kua rite.Ka taea te hanga i te puritanga ma te whakatakoto i te wai-whakarewa (EGaIn; Sigma-Aldrich) te hiko o runga hei whakatau i te puritanga hei mahi o te riaka ma te whakamahi i te mita LCR (inductance, capacitance, resistance) (Agilent).Ko tetahi atu waahanga o te transistor ko nga CNT semiconducting kua tohua, e whai ana i nga tikanga i korerotia i mua (53).I hangaia te puna irahiko/whakawai i runga i nga taputapu SiO2/Si.I muri mai, ko nga wahanga e rua, ko te dielectric / G / SEBS me te CNTs / te tauira G / SiO2 / Si, i whakakikoruatia tetahi ki tetahi, ka tohua ki te BOE ki te tango i te taputapu SiO2 / Si pakari.No reira, i hangaia nga transistors tino marama me te totoro.Ko nga whakamatautau hiko i raro i te riaka i mahia i runga i te tatūnga totoro a-ringa pera i te tikanga kua kiia ake nei.
Kei te waatea nga rauemi taapiri mo tenei tuhinga i http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
piki.S1.Ko nga whakaahua moroiti oro o te monolayer MGG i runga i nga taputapu SiO2/Si i nga whakanuinga rereke.
piki.S4.Te whakatairitetanga o nga parenga rau-rua me te whakawhiti i te @550 nm o te graphene mania kotahi, bi- me te trilayer mania (nga tapawha pango), MGG (porowhita whero), me nga CNT (taitoru kikorangi).
piki.S7.Ko nga huringa parenga noa o nga MGG kotahi me te bilayer (pango) me te G (whero) i raro i te ~1000 riaka hurihanga ka eke ki te 40 me te 90% riaka whakarara, ia.
piki.S10.Ko te ahua SEM o te taarai toru MGG i runga i te SEBS elastomer i muri i te riaka, e whakaatu ana i te panuku roa i runga i nga kapiti maha.
piki.S12.Ko te ahua AFM o te taarai toru MGG i runga i te elastomer SEBS tino kikokore i te 20% riaka, e whakaatu ana i whiti tetahi panuku ki runga i te kapiti.
tepu S1.Nga nekenekehanga o te riipene MGG–kotahi-taiepa waro nanotube transistors i nga roa hongere rereke i mua me muri i te riaka.
He tuhinga uru tuwhera tenei ka tohatohahia i raro i nga tikanga o te raihana Creative Commons Attribution-NonCommercial, e whakaae ana ki te whakamahi, ki te tohatoha, ki te whakaputa uri i roto i tetahi momo reo, mena karekau te hua ka puta mo te painga arumoni me te tika te mahi taketake. whakahua.
FAKATOKANGA: Ka tono noa matou i to wahitau imeera kia mohio ai te tangata e taunaki ana koe mo te wharangi kei te pirangi koe kia kite ratou, ehara hoki i te mēra paraurehe.Kaore matou e hopu i tetahi wahitau imeera.
Ko tenei patai he whakamatautau mena he manuhiri tangata koe, he aukati ranei i nga tukunga mokowhiti aunoa.
Na 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
Na 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 American Association for the Advancement of Science.Katoa nga mana.Ko AAAS te hoa o HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef me COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Wā tuku: Hānuere-28-2021