Lisebelisoa tse nang le mahlakore a mabeli, joalo ka graphene, li khahleha bakeng sa lits'ebetso tse tloaelehileng tsa semiconductor le lisebelisoa tsa nascent ho lisebelisoa tsa elektroniki tse tenyetsehang.Leha ho le joalo, matla a phahameng a graphene a fella ka ho robeha ha khatello e tlase, e leng ho etsang hore ho be thata ho nka monyetla ka thepa ea eona e makatsang ea elektroniki ho lisebelisoa tsa elektroniki tse otlollang.Ho nolofalletsa tšebetso e ntle e ipapisitseng le mathata a li-conductors tse bonaletsang tsa graphene, re thehile li-graphene nanoscrolls lipakeng tsa likarolo tse phuthetsoeng tsa graphene, tse bitsoang multilayer graphene/graphene scrolls (MGGs).Ka tlas'a khatello, meqolo e meng e ile ea kopanya libaka tse arohaneng tsa graphene ho boloka marang-rang a marang-rang a neng a thusa ho sebetsa hantle ha maemo a phahameng.Li-MGG tsa Trilayer tse tšehetsoeng ka li-elastomers li bolokile 65% ea boitšoaro ba tsona ba pele ho 100% strain, e leng ntho e lumellanang le tataiso ea phallo ea hona joale, athe lifilimi tsa trilayer tsa graphene ntle le nanoscrolls li bolokile feela 25% ea boitšoaro ba tsona ba ho qala.Transistor ea khabone e otlohang e entsoeng ka li-MGG e le li-electrode e bonts'itse phetisetso ea > 90% mme e bolokile 60% ea tlhahiso ea eona ea pele ho 120% khatello (e bapileng le tataiso ea lipalangoang).Li-transistors tsena tse otlollang haholo le tse pepeneneng tsa khabone kaofela li ka thusa li-optoelectronics tse tsoetseng pele tse otlollang.
Lisebelisoa tsa elektronike tse otlollang ke sebaka se ntseng se hola se nang le lits'ebetso tsa bohlokoa lits'ebetsong tse tsoetseng pele tsa biointegrated (1, 2) hammoho le monyetla oa ho kopanya le li-optoelectronics tse otlollang (3, 4) ho hlahisa liroboto tse bonolo le lipontšo.Graphene e bonts'a thepa e lakatsehang haholo ea botenya ba athomo, pepeneneng e phahameng, le conductivity e phahameng, empa ts'ebetsong ea eona lits'ebetsong tse otlollang e thibetsoe ke tloaelo ea eona ea ho peperana ka mefuta e menyane.Ho hlola mefokolo ea mochini oa graphene ho ka etsa hore ts'ebetso e ncha e sebetse lisebelisoa tse pepeneneng tse otlolohileng.
Thepa e ikhethang ea graphene e etsa hore e be mokhethoa ea matla bakeng sa moloko o latelang oa li-electrode tsa transparent conductive (5, 6).Ha ho bapisoa le mokhanni o sebelisoang ka ho fetisisa o pepeneneng, indium tin oxide [ITO;100 ohms/square (sq) ho 90% transparency ], monolayer graphene e hōlileng ka lik'hemik'hale tsa mouoane deposition (CVD) e na le motsoako o tšoanang oa ho hanyetsa lakane (125 ohms / sq) le ho pepeseha (97.4%) (5).Ntle le moo, lifilimi tsa graphene li na le phetoho e makatsang ha li bapisoa le ITO (7).Ka mohlala, holim'a substrate ea polasetiki, tsamaiso ea eona e ka bolokoa esita le bakeng sa radius e kobehang ea curvature e nyenyane joaloka 0.8 mm (8).Ho ntlafatsa ts'ebetso ea eona ea motlakase joalo ka mokhanni o feto-fetohang o pepeneneng, mesebetsi e fetileng e thehile lisebelisoa tse nyalisitsoeng tsa graphene tse nang le nanowires ea silevera e le 'ngoe (1D) kapa carbon nanotubes (CNTs) (9-11).Ho feta moo, graphene e 'nile ea sebelisoa e le li-electrode bakeng sa li-semiconductors tse fapaneng tsa li-heterostructural (joaloka 2D bulk Si, 1D nanowires/nanotubes, le 0D quantum dots ) (12), transistors flexible, solar cell, le light-emitting diode (LEDs) (13) –23).
Le hoja graphene e bontšitse liphello tse tšepisang bakeng sa lisebelisoa tsa elektronike tse feto-fetohang, ts'ebeliso ea eona ho lisebelisoa tsa elektronike tse otlollang e fokotsoe ke thepa ea eona ea mochine (17, 24, 25);graphene e na le ho satalla ha sefofane sa 340 N/m le modulus ea Young ea 0.5 TPa (26).Marang-rang a matla a carbon-carbon ha a fane ka mekhoa leha e le efe ea ho senya matla bakeng sa khatello e sebelisoang 'me kahoo a phunyeha habonolo ka tlase ho 5%.Mohlala, CVD graphene e fetiselitsoeng ho polydimethylsiloxane (PDMS) elastic substrate e ka boloka conductivity ea eona ka tlase ho 6% ea khatello (8).Lipalo tsa khopolo-taba li bonts'a hore ho putlama le ho hokahana lipakeng tsa mekhahlelo e fapaneng ho lokela ho fokotsa ho satalla ka matla (26).Ka ho bokella graphene ka mekhahlelo e mengata, ho tlalehoa hore graphene ena ea bi- kapa trilayer e khona ho otlolla ho 30% khatello, e bonts'a phetoho ea ho hanyetsa makhetlo a 13 ho feta ea monolayer graphene (27).Leha ho le joalo, ho otlolla hona ho ntse ho le tlase haholo ho feta li-c onductors tsa boemo bo holimo (28, 29).
Li-transistors li bohlokoa lits'ebetsong tse otlollang hobane li thusa ho bala ka mokhoa o tsoetseng pele oa sensor le tlhahlobo ea matšoao (30, 31).Transistors ho PDMS e nang le multilayer graphene e le li-electrode tsa mohloli / drain le lisebelisoa tsa kanane li ka boloka ts'ebetso ea motlakase ho fihla ho 5% strain (32), e leng Haholo ka tlase ho boleng bo tlase bo hlokahalang (~ 50%) bakeng sa lisensara tse hlokomelang bophelo bo botle le letlalo la elektroniki. 33, 34).Haufinyane tjena, mokhoa oa graphene kirigami o 'nile oa hlahlojoa,' me transistor e kentsoeng ke electrolyte ea metsi e ka otlolloa ho fihlela ho 240% (35).Leha ho le joalo, mokhoa ona o hloka graphene e emisitsoeng, e thatafatsang mokhoa oa ho etsa lintho.
Mona, re fihlela lisebelisoa tsa graphene tse otlolohang haholo ka ho kopanya meqolo ea graphene (bolelele ba ~ 1 ho 20 μm, ~ 0.1 ho 1 μm ka bophara, le ~ 10 ho isa ho 100 nm bophahamo) pakeng tsa likarolo tsa graphene.Re hakanya hore meqolo ena ea graphene e ka fana ka litsela tse bonolo tsa ho koala mapetsong a maqephe a graphene, kahoo ho boloka boleng bo phahameng ba ho sebetsa tlas'a khatello.Meqolo ea graphene ha e hloke motsoako o eketsehileng kapa ts'ebetso;li entsoe ka tlhaho nakong ea mokhoa oa ho fetisa metsi.Ka ho sebelisa meqolo e mengata ea G/G (graphene/graphene) (MGGs) li-electrode tse otlollang tsa graphene (mohloli / drain le heke) le li-CNTs tsa semiconducting, re khonne ho bonts'a li-transistors tsa carbon tse otlolohileng haholo, tse ka otlollehang ho 120. % khatello (e tsamaellanang le tataiso ea lipalangoang) 'me u boloke 60% ea tlhahiso ea bona ea pele.Ena ke transistor e pepeneneng ka ho fetesisa ea khabone ho fihlela joale, 'me e fana ka hajoale e lekaneng ho khanna LED e sa sebetseng.
Ho nolofalletsa li-electrode tsa graphene tse otlollang sebakeng se seholo, re khethile graphene e hōlileng ka CVD ho Cu foil.The Cu foil e ne e emisitsoe bohareng ba tube ea quartz ea CVD ho lumella ho hōla ha graphene mahlakoreng ka bobeli, ho etsa mehaho ea G / Cu / G.Ho fetisetsa graphene, re ile ra qala ka ho phunya lesela le tšesaane la poly(methyl methacrylate) (PMMA) ho sireletsa lehlakore le leng la graphene, leo re ileng ra le reha topside graphene (ho fapana le lehlakoreng le leng la graphene), 'me hamorao, filimi eohle (PMMA/top graphene/Cu/bottom graphene) e ne e kolobiloe ka (NH4) 2S2O8 tharollo ea ho tlosa foil ea Cu.Graphene e ka tlase e se nang lesela la PMMA e tla ba le mapetsong le mefokolo e lumellang etchant ho phunyeletsa (36, 37).Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 1A, tlas'a phello ea tsitsipano ea holim'a metsi, libaka tse lokollotsoeng tsa graphene li ile tsa phuthoa ho ea meqolong 'me ka mor'a moo li khomareloa holim'a filimi e setseng ea top-G/PMMA.Meqolo ea top-G/G e ne e ka fetisetsoa holim'a substrate efe kapa efe, joalo ka SiO2/Si, khalase kapa polymer e bonolo.Ho pheta ts'ebetso ena ea phetisetso ka makhetlo a 'maloa holim'a substrate e le' ngoe ho fana ka meaho ea MGG.
(A) Setšoantšo sa moralo oa mokhoa oa ho etsa thepa bakeng sa MGGs e le electrode e otlolohileng.Nakong ea phetisetso ea graphene, graphene e ka morao ho Cu foil e ne e robehile meeling le mefokolo, e phuthoa ka libopeho tse sa lumellaneng, 'me e khomaretsoe ka thata lifiliming tse ka holimo, e etsa li-nanoscrolls.Cartoon ea bone e bonts'a sebopeho sa MGG se pakiloeng.(B le C) Litšoantšiso tsa TEM tse phahameng tsa MGG ea monolayer, tse lebisang tlhokomelo ho monolayer graphene (B) le sebaka sa moqolo (C), ka ho latellana.Sets'oants'o sa (B) ke sets'oants'o se tlase se holisang se bonts'ang sebopeho sa kakaretso sa li-MGG tsa li-monolayer ho grid ea TEM.Li-insets tsa (C) ke liprofaele tse matla tse nkuoeng ho ipapisitse le mabokose a khutlonnetsepa a bontšitsoeng setšoantšong, moo sebaka se pakeng tsa lifofane tsa athomo e leng 0.34 le 0.41 nm.(D ) Carbon K-edge EEL spectrum e nang le sebopeho sa setšoantšo sa π* le σ* se ngotsoeng.(E) Setšoantšo sa AFM sa Karolo ea meqolo ea G/G ea lesela le le leng le nang le boemo ba bolelele haufi le mola oa matheba a mosehla.(F to I) Optical microscopy le AFM image s ea trilayer G ntle le (F le H) le meqolo (G le I) ho li-substrates tsa SiO2/Si tse 300-nm-tenya, ka ho latellana.Meqolo e emelang batho le makukuno e ne e ngotsoe ho totobatsa phapang ea bona.
Ho netefatsa hore meqolo e phuthiloe ke graphene ka tlhaho, re ile ra etsa lithuto tsa spectroscopy tsa elektronike ea boleng bo phahameng (TEM) le tahlehelo ea matla a elektrone (EEL) meahong ea moqolo oa monolayer top-G/G.Setšoantšo sa 1B se bonts'a sebopeho sa hexagonal sa graphene ea monolayer, 'me sets'oants'o ke morphology ka kakaretso ea filimi e koahetsoeng ka lesoba le le leng la khabone la grid ea TEM.Monolayer graphene spans boholo ba keriti, 'me ba bang ba graphene flakes ka ho ba teng ha mekoloko multiple hexagonal mehele hlaha (sa feiga. 1B).Ka ho atametsa moqolong oa motho ka mong (setšoantšo sa 1C), re hlokometse palo e kholo ea litjellane tsa graphene lattice, tse nang le sebaka se pakeng tsa 0.34 le 0.41 nm.Litekanyo tsena li fana ka maikutlo a hore li-flakes li phuthoa ka mokhoa o sa reroang 'me ha se graphite e phethahetseng, e nang le sebaka sa 0.34 nm ho "ABAB" ea stacking.Setšoantšo sa 1D se bontša carbon K-edge EEL spectrum, moo tlhōrō ea 285 eV e hlahang ho π* orbital le e 'ngoe e pota-potileng 290 eV ka lebaka la phetoho ea σ* orbital.Hoa hlokomeleha hore bonding ba sp2 ke bona ba laolang sebopeho sena, ho netefatsa hore meqolo e na le litšoantšo tse ngata haholo.
Litšoantšo tsa optical microscopy le atomic force microscopy (AFM) li fana ka temohisiso mabapi le ho ajoa ha graphene nanoscrolls ho MGGs (Fig. 1, E ho G, le lifeiga. S1 le S2).Meqolo e ajoa ka mokhoa o sa reroang holim'a bokaholimo, 'me boima ba bona ba sefofane bo eketseha ka ho lekana le palo ea likarolo tse phuthetsoeng.Meqolo e mengata e kopantsoe ka mafito 'me e bontša bophahamo bo sa tšoaneng ho tloha ho 10 ho isa ho 100 nm.Li bolelele ba 1 ho 20 μm le bophara ba 0.1 ho 1 μm, ho itšetlehile ka boholo ba li-graphene tsa tsona tsa pele.Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 1 (H le I), meqolo e na le boholo bo boholo ho feta makukuno, e leng se lebisang ho sehokelo se thata haholo lipakeng tsa graphene.
Ho lekanya thepa ea motlakase, re ile ra etsa mohlala oa lifilimi tsa graphene tse nang le meaho ea moqolo kapa ntle le eona, 'me ra bokellana ka har'a likhoele tse bolelele ba 300 μm le 2000 μm re sebelisa photolithography.Likhanyetsano tse peli tsa probe e le mosebetsi oa khatello li ile tsa lekanyetsoa tlas'a maemo a tikoloho.Ho ba teng ha meqolo ho ile ha fokotsa ho hanyetsa ha monolayer graphene ka 80% ka ho fokotseha ha 2,2% feela ea phetisetso (sa feiga. S4).Sena se tiisa hore li-nanoscrolls, tse nang le sekhahla se phahameng sa hona joale ho fihlela ho 5 × 107 A / cm2 (38, 39), li fana ka monehelo o motle haholo oa motlakase ho li-MGG.Har'a tsohle tse mono-, bi-, le trilayer plain graphene le MGGs, trilayer MGG e na le tsamaiso e ntle ka ho fetisisa e nang le pepenene e ka bang 90%.Ho bapisa le mehloli e meng ea graphene e tlalehiloeng libukeng, re ile ra boela ra lekanya likhahla tse 'nè tsa lipampiri (setšoantšo sa S5)' me ra li thathamisetsa e le mosebetsi oa phetisetso ho 550 nm (sa feiga. S6) setšoantšong sa 2A.MGG e bonts'a conductivity e ka bapisoang kapa e phahameng le ho pepeseha ho feta artificially stacked multila yer thota graphene le fokotswa graphene oxide (RGO) (6, 8, 18).Ela hloko hore ho hanyetsa ha maqephe a artificially stacked multilayer plain graphene ho tloha lingoliloeng e phahame hanyenyane ho feta ea MGG ea rona, mohlomong ka lebaka la maemo a bona a ho hōla a sa tsitsang le mokhoa oa ho fetisa.
(A) Litlaleho tse 'nè tsa lipampiri ha li bapisoa le ho fetisoa ho 550 nm bakeng sa mefuta e mengata ea graphene, moo li-square tse ntšo li bolelang li-MGG tsa mono-, bi-, le trilayer;li-circles tse khubelu le li-triangles tse putsoa li lumellana le multilayer plain graphene e hōlileng ho Cu le Ni ho tsoa lithutong tsa Li et al.(6) le Kim et al.(8), ka ho latellana, 'me hamorao e fetisetsoa ho SiO2/Si kapa quartz;'me li-triangles tse tala ke boleng ba RGO ka likhato tse fapaneng tsa ho fokotsa ho tloha thutong ea Bonaccorso et al.( 18 ).(B le C) Phetoho e tloaelehileng ea ho hanyetsa ea mono-, bi- le trilayer MGGs le G e le mosebetsi oa perpendicular (B) le parallel (C) khatello ho tataiso ea phallo ea hona joale.(D) Phetoho e tloaelehileng ea ho hanyetsa ea bilayer G (e khubelu) le MGG (e ntšo) tlas'a khatello ea cyclic e kenyang ho fihlela ho 50% khatello ea perpendicular.(E) Phetoho e tloaelehileng ea ho hanyetsa ea trilayer G (e khubelu) le MGG (e ntšo) tlas'a khatello ea cyclic e kenyang ho fihlela ho 90% e tšoanang.(F) Phetoho e tloaelehileng ea capacitance ea mono-, bi- and trilayer G le bi- and trilayer MGGs e le functio n ea khatello.The inset ke sebopeho sa capacitor, moo polymer substrate e leng SEBS le polymer dielectric layer ke 2-μm-thick SEBS.
Ho lekola ts'ebetso e itšetlehileng ka khatello ea MGG, re fetisitse graphene holim'a thermoplastic elastomer styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) substrates (~ 2 cm ka bophara le ~ 5 cm ka bolelele), 'me conductivity e ne e lekanngoa ha substrate e otlolohile. (sheba Lisebelisoa le Mekhoa) ka bobeli ka perpendicular le e tšoanang le tataiso ea phallo ea hona joale (setšoantšo sa 2, B le C).Boitšoaro ba motlakase bo itšetlehileng ka mathata bo ile ba ntlafala ka ho kenyelletsoa ha li-nanoscroll le palo e ntseng e eketseha ea likarolo tsa graphene.Ka mohlala, ha khatello e le perpendicular ho phallo ea hona joale, bakeng sa monolayer graphene, ho eketsoa ha meqolo ho ile ha eketsa khatello ea motlakase ho tloha ho 5 ho isa ho 70%.Mamello ea khatello ea trilayer graphene le eona e ntlafalitsoe haholo ha e bapisoa le monolayer graphene.Ka li-nanoscrolls, ka 100% perpendicular strain, ho hanyetsa ha sebopeho sa trilayer MGG ho eketsehile feela ka 50%, ha ho bapisoa le 300% bakeng sa trilayer graphene ntle le meqolo.Phetoho ea khanyetso tlas'a cyclic strain loading e ile ea fuputsoa.Ho bapisa (setšoantšo sa 2D), ho hanyetsa ha filimi e hlakileng ea bilayer graphene ho eketsehile ka makhetlo a ka bang 7.5 ka mor'a ~ 700 cycles ho 50% perpendicular strain 'me e ntse e eketseha ka khatello ea potoloho ka' ngoe.Ka lehlakoreng le leng, ho hanyetsa ha bilayer MGG ho ile ha eketseha ka makhetlo a ka bang 2,5 ka mor'a ~ 700 cycles.Ho sebelisa ho fihlela ho 90% mathata hammoho le tataiso e tšoanang, ho hanyetsa trilayer graphene e ile ea eketseha ~ makhetlo a 100 ka mor'a lipotoloho tsa 1000, athe ke makhetlo a ~ 8 feela ka trilayer MGG (Fig. 2E).Liphetho tsa libaesekele li bonts'oa ka feiga.S7.Keketseho e batlang e potlakile ea ho hanyetsa ka tsela e ts'oanang ea khatello ke hobane sebaka sa mapheo se ipapisitse le tataiso ea phallo ea hona joale.Ho kheloha ha khanyetso nakong ea ho kenya le ho laolla ho bakoa ke ho hlaphoheloa ha viscoelastic ha SEBS elastomer substrate.Ho hanyetsa ho tsitsitseng ha lihlopha tsa MGG nakong ea ho palama libaesekele ho bakoa ke ho ba teng ha meqolo e meholo e ka koalang likarolo tse phatlohileng tsa graphene (joalokaha ho ferekanngoa ke AFM), ho thusa ho boloka tsela ea percolating.Ketsahalo ena ea ho boloka conductivity ka tsela ea ho phunya e kile ea tlalehoa bakeng sa lifilimi tse petsohileng tsa tšepe kapa tsa semiconductor ho li-elastomer substrates (40, 41).
Ho hlahloba lifilimi tsena tse thehiloeng ho graphene e le li-electrode tsa heke ka lisebelisoa tse otlolohang, re ile ra koahela lesela la graphene le lesela la dielectric la SEBS (2 μm thick) 'me ra shebella phetoho ea matla a dielectric e le mosebetsi oa khatello (bona Setšoantšo sa 2F le Lisebelisoa tsa Supplementary bakeng sa dintlha).Re hlokometse hore matla a nang le plain monolayer le bilayer graphene electrode a fokotsehile ka potlako ka lebaka la tahlehelo ea conductivity ea sefofaneng sa graphene.Ka lehlakoreng le leng, li-capacitances tse kentsoeng ke MGGs hammoho le plain trilayer graphene li bontšitse keketseho ea bokhoni le khatello, e lebeletsoeng ka lebaka la ho fokotseha ha botenya ba dielectric le khatello.Keketseho e lebelletsoeng ea bokhoni e tsamaellana hantle haholo le sebopeho sa MGG (sa feiga. S8).Sena se bontša hore MGG e loketse e le electrode ea heke bakeng sa li-transistors tse otlollang.
Ho tsoela pele ho batlisisa karolo ea moqolo oa graphene oa 1D mabapi le mamello ea motlakase oa motlakase le ho laola hamolemo karohano pakeng tsa likarolo tsa graphene, re sebelisitse li-CNT tse koahetsoeng ka spray ho nkela meqolo ea graphene sebaka (sheba Lisebelisoa tsa Tlatsetso).Ho etsisa meaho ea MGG, re kentse li-density tse tharo tsa CNTs (ke hore, CNT1).
(A ho ea ho C) Litšoantšo tsa AFM tsa likhahla tse tharo tse fapaneng tsa CNTs (CNT1
Ho utloisisa haholoanyane bokhoni ba bona ba ho ba li-electrode bakeng sa lisebelisoa tsa elektroniki tse otlolohang, re ile ra batlisisa ka mokhoa o hlophisehileng li-morphology tsa MGG le G-CNT-G tlas'a khatello.Optical microscopy le scanning electron microscopy (SEM) ha se mekhoa e sebetsang ea ho hlahisa litlhaku hobane ka bobeli ha li na phapang ea mebala 'me SEM e tlas'a litšoantšo tsa maiketsetso nakong ea ho hlahlojoa ha elektronike ha graphene e le holim'a polymer substrates (figs. S9 le S10).Ho shebella sebakeng sa graphene tlas'a khatello, re ile ra bokella litekanyo tsa AFM ho li-MGG tsa trilayer le graphene e hlakileng ka mor'a hore re fetele holim'a likaroloana tse tšesaane haholo (~ 0.1 mm) le li-SEBS tse rekere.Ka lebaka la bofokoli ba ka hare ho CVD graphene le tšenyo e ka ntle nakong ea ts'ebetso ea ho fetisa, mapetsong a hlahisoa ka mokhoa o ke keng oa qojoa holim'a graphene e tsitsitsoeng, 'me ka khatello e ntseng e eketseha, mapetsong a ile a fetoha a teteaneng (setšoantšo sa 4, A ho D).Ho itšetlehile ka sebopeho sa stacking ea li-electrode tse thehiloeng k'habone, mapetsong a bontša morphologies e fapaneng (sa feiga. S11) (27).Sebaka sa Crack sebaka (se hlalosoang e le sebaka sa crack / sebaka se hlahlobiloeng) sa multilayer graphene e ka tlaase ho ea monolayer graphene ka mor'a khatello, e lumellanang le ho eketseha ha motlakase oa motlakase bakeng sa MGGs.Ka lehlakoreng le leng, meqolo e atisa ho hlokomeloa ho koala mapetsong, ho fana ka litsela tse eketsehileng tsa ho khanna filiming e tsitsitsoeng.Ka mohlala, joalokaha ho ngotsoe setšoantšong sa feiga. 4B, moqolo o pharaletseng o tšela lekhalo la trilayer MGG, empa ha ho moqolo o ileng oa hlokomeloa sebakeng sa graphene se hlakileng (setšoantšo sa 4, E ho ea ho H).Ka ho tšoanang, CNTs e ile ea boela ea koala mapetsong a graphene (sa feiga. S11).Bophahamo ba sebaka sa crack, sekhahla sa sebaka sa moqolo, le ho khopama ha lifilimi li akaretsoa ka setšoantšo sa 4K.
(A ho ea ho H) In situ AFM litšoantšo tsa trilayer G/G scrolls (A ho D) le trilayer G mehaho (E ho H) holim'a SEBS e tšesaane haholo (~0.1 mm thick) elastomer ho 0, 20, 60, le 100 % khatello.Mapetso le meqolo e emelang e supiloe ka metsu.Lits'oants'o tsohle tsa AFM li sebakeng sa 15 μm × 15 μm, li sebelisa sekala se lekanang sa mebala joalo ka ha se ngotsoe.(I) Ketsiso ea geometry ea li-electrode tsa graphene tse entsoeng ka mokhoa oa monolayer karolong e nyenyane ea SEBS.(J) Ketsiso ea 'mapa oa contour oa khatello e kholo ea logarithmic ho monolayer graphene le substrate ea SEBS ho 20% khatello ea kantle.(K) Papiso ea sekhahla sa sebaka sa crack (kholomo e khubelu), boima ba sebaka sa moqolo (kholomo e mosehla), le ho ba mahoashe holim'a metsi (khololo e putsoa) bakeng sa meaho e fapaneng ea graphene.
Ha lifilimi tsa MGG li otlolloa, ho na le mokhoa o mong oa bohlokoa oo meqolo e ka koalang libaka tse robehileng tsa graphene, ho boloka marang-rang a percolating.Meqolo ea graphene ea tšepisa hobane e ka ba bolelele ba li-micrometer tse mashome, kahoo e khona ho koala mapatso ao ka tloaelo a fihlang ho micrometer scale.Ho feta moo, kaha meqolo e na le likarolo tse ngata tsa graphene, ho lebeletsoe hore e be le khanyetso e fokolang.Ha ho bapisoa, likhokahano tsa CNT tse batlang li tenyetseha (tse tlase) li hlokoa ho fana ka bokhoni ba ho tsamaisa borokho bo ts'oanang, kaha CNTs li nyane (hangata li na le bolelele ba li-micrometer tse seng kae) 'me ha li sebetse ho feta meqolo.Ka lehlakoreng le leng, joalokaha ho bontšitsoe feiga.S12, athe graphene e petsoha ha e otlolloa hore e sebetsane le khatello, meqolo ha e petsoha, ho bontšang hore e ka 'na eaba e thella holim'a graphene e ka tlaase.Lebaka leo ka lona li sa petsoheng e ka 'na eaba ke ka lebaka la sebopeho se phuthoang, se entsoeng ka likarolo tse ngata tsa graphene (bolelele ba ~ 1 ho isa ho 2 0 μm, ~ 0.1 ho 1 μm ka bophara, le ~ 10 ho isa ho 100 nm bophahamo), modulus e sebetsang hantle ho feta graphene ea lera le le leng.Joalokaha ho tlalehiloe ke Green le Hersam (42), marang-rang a tšepe a CNT (tube bophara ba 1.0 nm) a ka finyella likhahla tse tlaase tsa lakane <100 ohms / sq ho sa tsotellehe khanyetso e kholo ea matekoane pakeng tsa CNTs.Ha re nahana hore meqolo ea rona ea graphene e na le bophara ba 0.1 ho 1 μm le hore meqolo ea G / G e na le libaka tse kholoanyane tsa ho kopana ho feta CNTs, khanyetso ea ho kopana le sebaka sa ho kopana pakeng tsa meqolo ea graphene le graphene ha ea lokela ho ba lintlha tse fokotsang ho boloka conductivity e phahameng.
Graphene e na le modulus e phahameng haholo ho feta substrate ea SEBS.Le hoja botenya bo sebetsang ba electrode ea graphene bo le tlase haholo ho feta ea substrate, ho satalla ha makhetlo a graphene botenya ba eona bo ka bapisoa le ba substrate (43, 44), e bakang phello e itekanetseng ea sehleke-hleke.Re ile ra etsisa deformation ea graphene e teteaneng ea 1-nm holim'a substrate ea SEBS (sheba Supplementary Materials bakeng sa lintlha tse ling).Ho ea ka liphello tsa ho etsisa, ha khatello ea 20% e sebelisoa ho substrate ea SEBS ka ntle, khatello e tloaelehileng ea graphene ke ~ 6.6% (setšoantšo sa 4J le sa feiga S13D), se lumellanang le litlhaloso tsa liteko (bona feiga. S13) .Re ile ra bapisa khatello e libakeng tse nang le mohlala oa graphene le substrate re sebelisa microscope ea optical mme ra fumana hore khatello e sebakeng sa substrate e ka ba habeli ho feta sebakeng sa graphene.Sena se bonts'a hore khatello e sebelisoang ho li-electrode tsa graphene e ka koalloa haholo, ea etsa lihlekehleke tse thata tsa graphene holim'a SEBS (26, 43, 44).
Ka hona, bokhoni ba li-electrode tsa MGG tsa ho boloka conductivity e phahameng tlas'a khatello e phahameng e ka 'na ea etsoa ke mekhoa e' meli e meholo: (i) Meqolo e ka koala libaka tse khaotsoeng ho boloka tsela ea conductive percolation, le (ii) multilayer graphene sheets / elastomer e ka slide. holim'a e 'ngoe, e leng se bakang khatello e fokotsehileng ho li-electrode tsa graphene.Bakeng sa likarolo tse ngata tsa graphene e fetiselitsoeng ho elastomer, likarolo ha li khomaretsoe ka matla, tse ka thellang ka lebaka la khatello (27).Meqolo e boetse e ekelitse ho ba thata ha likarolo tsa graphene, e leng se ka thusang ho eketsa karohano lipakeng tsa masela a graphene, ka hona, ho etsa hore graphene e thellehe.
Lisebelisoa tsa khabone kaofela li phehelloa ka cheseho ka lebaka la theko e tlase le phallo e phahameng.Tabeng ea rona, li-transistors tsohle tsa carbon li ne li entsoe ka ho sebelisa heke e ka tlaase ea graphene, mohloli o ka holimo oa mohloli oa graphene / drain, semiconductor ea CNT e hlophisitsoeng, le SEBS e le dielectric (Fig. 5A).Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 5B, sesebelisoa se nang le carbon eohle se nang le CNTs e le mohloli / drain le heke (sesebelisoa se ka tlaase) se opaque ho feta sesebelisoa se nang le li-electrode tsa graphene (sesebelisoa se ka holimo).Sena ke hobane marang-rang a CNT a hloka botenya bo boholoanyane, 'me ka lebaka leo, li-transmittances tse tlase tsa optical ho finyella likhanyetso tsa lakane tse tšoanang le tsa graphene (sa feiga. S4).Setšoantšo sa 5 (C le D) se bontša li-curve tsa phetisetso le tlhahiso ea moemeli pele ho khatello ea transistor e entsoeng ka li-electrode tsa MGG tsa bilayer.Bophara ba mocha le bolelele ba transistor e sa tsitsang e ne e le 800 le 100 μm, ka ho latellana.Karolelano e lekantsoeng ea ho ba le ho tima e kholo ho feta 103 ka maqhubu a ho tima le ho tima maemong a 10−5 le 10−8 A, ka ho latellana.Mokokotlo o hlahisoang o bonts'a mebuso e nepahetseng ea mela le ea sa turation e itšetlehileng ka mokhoa o hlakileng oa heke-voltage, e bontšang kamano e ntle pakeng tsa CNTs le li-electrode tsa graphene (45).Ho hanyetsa ho kopana le li-electrode tsa graphene ho ile ha hlokomeloa hore ho tlaase ho feta ka filimi ea Au evaporated (sheba feiga. S14).Tsela ea ho phalla ha transistor e otlollang e ka bang 5.6 cm2 / Vs, e tšoanang le ea li-transistors tsa CNT tse hlophisitsoeng ka polymer ho li-substrates tsa Si tse thata tse nang le 300-nm SiO2 e le lera la dielectric.Ntlafatso e eketsehileng ea ho sisinyeha hoa khoneha ka optimized tube density le mefuta e meng ea li-tubes (46).
(A) Leano la graphene-based stretchable transistor.Li-SWNTs, li-nanotube tsa carbon tse nang le lebota le le leng.(B) Setšoantšo sa li-transistors tse otlollang tse entsoeng ka li-electrode tsa graphene (holimo) le li-electrode tsa CNT (ka tlaase).Phapano ea ponaletso e bonahala ka ho hlaka.(C le D) Ho fetisa le ho hlahisa li-curve tsa transistor e thehiloeng ho graphene ho SEBS pele ho mathata.(E le F) Transfer curves, on and off current, on/off ratio, le motsamao oa graphene-based transistor ka mefuta e fapaneng.
Ha sesebelisoa sa khabone se pepeneneng se ne se otlolohile ka lehlakoreng le bapileng le tataiso ea lipalangoang, ho ile ha hlokomeloa ho senyeha ho fokolang ho fihla ho 120%.Nakong ea ho otlolla, ho tsamaea ho ile ha fokotseha ho tloha ho 5.6 cm2 / Vs ho 0% khatello ho ea ho 2.5 cm2 / Vs ho 120% khatello (setšoantšo sa 5F).Re boetse re bapisa ts'ebetso ea transistor bakeng sa bolelele bo fapaneng ba liteishene (sheba tafole S1).Haholo-holo, ka khatello e kholo ea 105%, li-transistors tsena kaofela li ntse li bonts'a karo-karolelano e phahameng ea ho tima / ho tima (> 103) le motsamao (> 3 cm2 / Vs).Ho phaella moo, re ile ra akaretsa mosebetsi oohle oa morao-rao oa li-transistors tsohle tsa carbon (sheba tafole S2) (47-52).Ka ho ntlafatsa tlhahiso ea lisebelisoa ho li-elastomers le ho sebelisa MGGs e le mabitso, li-transistors tsa rona tsa carbon all-carbon li bontša ts'ebetso e ntle mabapi le ho tsamaea le hysteresis hammoho le ho otlolloa haholo.
E le ts'ebeliso ea transistor e hlakileng le e otlollang ka botlalo, re e sebelisitse ho laola ho fetoha ha LED (setšoantšo sa 6A).Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 6B, LED e tala e ka bonoa ka ho hlaka ka sesebelisoa sa carbon se otlollang se behiloeng ka ho toba ka holimo.Ha e ntse e otlolla ho ~ 100% (setšoantšo sa 6, C le D), matla a lebone la LED ha a fetohe, a lumellanang le ts'ebetso ea transistor e hlalositsoeng ka holimo (sheba filimi ea S1).Ena ke tlaleho ea pele ea likarolo tsa taolo tse otlollang tse entsoeng ka li-electrode tsa graphene, tse bonts'ang monyetla o mocha oa lisebelisoa tsa elektroniki tse otlollang tsa graphene.
(A) Potoloho ea transistor ho khanna LED.GND, fatše.(B) Senepe sa transistor ea khabone eohle e otlollang le e bonaletsang ka 0% e kentsoeng ka holim'a LED e tala.(C) Transistor e bonaletsang le e otlollang ea khabone e sebelisoang ho chencha LED e ntse e beoa ka holim'a LED ho 0% (ka ho le letšehali) le ~ 100% khatello (ka ho le letona).Metsu e tšoeu e supa ha matšoao a mosehla sesebelisoa a bonts'a phetoho ea sebaka se otlolloa.(D) Pono ea lehlakore ea transistor e otlolohileng, e nang le LED e sutumelitsoeng ka har'a elastomer.
Qetellong, re thehile sebopeho sa graphene se pepeneneng se bolokang conductivity e phahameng tlas'a mefuta e meholo e le li-electrode tse otlollang, tse nolofalitsoeng ke graphene nanoscroll lipakeng tsa likarolo tsa graphene tse pakiloeng.Mehaho ena ea li-electrode tsa MGG ea bi- and trilayer e holim'a elastomer e ka boloka 21 le 65%, ka ho latellana, ea 0% strain conductivities ka khatello e ka holimo ho 100%, ha e bapisoa le tahlehelo e feletseng ea conductivity ho 5% khatello bakeng sa li-electrode tse tloaelehileng tsa graphene tsa monolayer. .Litsela tse eketsehileng tsa conductive tsa meqolo ea graphene hammoho le tšebelisano e fokolang pakeng tsa lihlopha tse fetisitsoeng li kenya letsoho ho ts'ebetsong e phahameng ea conductivity tlas'a khatello.Re ile ra boela ra sebelisa sebopeho sena sa graphene ho etsa li-transistors tse otlollang tsohle tsa khabone.Ho fihlela hajoale, ena ke transistor e otlollang ka ho fetesisa ea graphene e nang le ponaletso e ntle ka ho fetesisa ntle le ho sebelisa buckling.Le hoja thuto ea hona joale e ile ea etsoa ho nolofalletsa graphene bakeng sa lisebelisoa tsa elektronike tse otlollang, re lumela hore mokhoa ona o ka fetisetsoa ho lisebelisoa tse ling tsa 2D ho nolofalletsa lisebelisoa tsa elektronike tsa 2D tse otlolohileng.
Sebaka se seholo sa CVD graphene se ne se holisitsoe ka li-foil tsa Cu tse emisitsoeng (99.999%; Alfa Aesar) tlas'a khatello e sa khaotseng ea 0.5 mtorr le 50-SCCM (e tloaelehileng li-cubic centimeter ka motsotso) CH4 le 20-SCCM H2 e le li-precursors ho 1000 ° C.Mahlakore ka bobeli a Cu foil a ne a koahetsoe ke monolayer graphene.Lera le tšesaane la PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) le ne le koahetsoe ka lehlakoreng le leng la Cu foil, le etsa sebopeho sa PMMA/G/Cu foil/G.ka mor'a moo, filimi eohle e ne e kolobisitsoe ka 0.1 M ammonium persulfate [(NH4)2S2O8] tharollo bakeng sa lihora tse ka bang 2 ho tlosa Cu foil.Nakong ea ts'ebetso ena, graphene e ka morao e sa sireletsoang e ile ea qala ka ho taboha ka har'a meeli ea lijo-thollo ebe e phuthoa ho ba meqolo ka lebaka la tsitsipano e ka holimo.Meqolo e ne e khomaretsoe filiming e ka holimo ea graphene e tšehelitsoeng ke PMMA, ho etsa meqolo ea PMMA/G/G.Ka mor'a moo, lifilimi li ile tsa hlatsuoa ka metsing a hloekisitsoeng ka makhetlo a 'maloa' me li behoa holim'a karolo e ka tlaase, e kang SiO2 / Si e thata kapa substrate ea polasetiki.Hang ha filimi e khomaretsoeng e omisitsoe holim'a substrate, sampuli e ile ea kenngoa ka sequentially ka har'a acetone, 1: 1 acetone / IPA (isopropyl alcohol), le IPA bakeng sa 30 s ho tlosa PMMA.Lifilimi li ne li futhumetse ka 100 ° C bakeng sa metsotso ea 15 kapa li bolokoa ka kamoreng ea bosiu bosiu ho tlosa metsi a koaletsoeng ka ho feletseng pele lera le leng la moqolo oa G / G le fetisetsoa ho lona.Mohato ona e ne e le ho qoba ho tlosoa ha filimi ea graphene ho tloha substrate le ho etsa bonnete ba hore ho koaheloa ka ho feletseng ha li-MGG nakong ea ho lokolloa ha PMMA carrier layer.
Morpholoji ea sebopeho sa MGG e ile ea bonoa ho sebelisoa microscope ea optical (Leica) le microscope ea elektronike ea ho hlahloba (1 kV; FEI).Maekorosekopo ea matla a athomo (Nanoscope III, Digital Instrument) e ne e sebelisoa ka mokhoa oa ho tlanya ho bona lintlha tsa meqolo ea G.Ponahalo ea lifilimi e ile ea lekoa ka spectrometer e bonahalang ea ultraviolet (Agilent Cary 6000i).Bakeng sa liteko ha khatello e ne e le haufi le tataiso ea perpendicular ea phallo ea hona joale, photolithography le plasma ea O2 li ne li sebelisetsoa ho etsa mekhoa ea graphene ka lihlopha (~ 300 μm bophara le ~ 2000 μm bolelele), 'me li-electrode tsa Au (50 nm) li ne li kenngoa ka mocheso ho sebelisoa. mask a moriti lipheletsong tse peli tsa lehlakore le lelelele.Li-graphene strips li ile tsa kopanngoa le SEBS elastomer (~ 2 cm bophara le ~ 5 cm ka bolelele), e nang le axis e telele ea lihlopha tse bapileng le lehlakoreng le lekhutšoanyane la SEBS le lateloa ke BOE (buffered oxide etch) (HF: H2O). 1:6) etching le eutectic gallium indium (EGaIn) e le likhokahano tsa motlakase.Bakeng sa liteko tsa khatello e tšoanang, li-graphene structur es tse sa etsoang (~ 5 × 10 mm) li ile tsa fetisetsoa holim'a likaroloana tsa SEBS, tse nang le lilepe tse telele tse bapileng le lehlakore le lelelele la karoloana ea SEBS.Maemong ana ka bobeli, G kaofela (ntle le meqolo ea G) / SEBS e ne e otlolloa ka lehlakoreng le lelelele la elastomer ka lisebelisoa tsa matsoho, 'me re le situ, re ile ra lekanya liphetoho tsa bona tsa ho hanyetsa tlas'a khatello seteisheneng sa probe se nang le semiconductor analyzer (Keithley 4200). -SCS).
Li-transistors tsa carbon tse otlolohileng haholo le tse pepeneneng holim'a substrate e otlolohileng li entsoe ka mekhoa e latelang ho qoba tšenyo ea organic solvent ea polymer dielectric le substrate.Mehaho ea MGG e fetiselitsoe ho SEBS joalo ka li-electrode tsa heke.Ho fumana lesela le le leng le le leng le lenyenyane la filimi ea polymer dielectric (2 μm e teteaneng), tharollo ea SEBS toluene (80 mg / ml) e ne e le spin-coated holim'a octadecyltrichlorosilane (OTS) -modified SiO2 / Si substrate ka 1000 rpm bakeng sa 1 min.Filimi e tšesaane ea dielectric e ka fetisoa habonolo ho tloha sebakeng sa hydrophobic OTS ho ea ho substrate ea SEBS e koahetsoeng ka graphene e lokiselitsoeng.Capacitor e ka etsoa ka ho kenya motlakase-metal (EGaIn; Sigma-Aldrich) e ka holimo ea electrode ho fumana matla a ho sebetsa e le mosebetsi oa khatello ho sebelisa LCR (inductance, capacitance, resistance) meter (Agilent).Karolo e 'ngoe ea transistor e ne e e-na le li-CNTs tsa polymer-sorted semiconducting, ho latela mekhoa e tlalehiloeng pele (53).Li-electrod tsa mohlala tse entsoeng ka mokhoa o hlophisitsoeng li entsoe ka likaroloana tse thata tsa SiO2/Si.Ka mor'a moo, likarolo tse peli, dielectric / G / SEBS le CNTs / patterned G / SiO2 / Si, li ne li le laminated ho tse ling, 'me li kenngoa ka BOE ho tlosa substrate e thata ea SiO2 / Si.Ka hona, li-transistors tse hlakileng ka ho feletseng le tse otlollang li ne li entsoe.Teko ea motlakase tlas'a khatello e ile ea etsoa ka mokhoa oa ho otlolla ka letsoho e le mokhoa o boletsoeng ka holimo.
Boitsebiso bo tlatselletsang bakeng sa sengoloa sena bo fumaneha ho http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
feie.S1.Lits'oants'o tsa microscope ea optical tsa monolayer MGG ho li-substrates tsa SiO2/Si ka magnification a fapaneng.
feie.S4.Papiso ea likhahla tse peli tsa lipampiri le li-transmittances @550 nm tsa mono-, bi- le trilayer plain graphene (li-square tse ntšo), MGG (li-circles tse khubelu), le CNTs (blue triangle).
feie.S7.Phetoho e tloaelehileng ea ho hanyetsa ea mono- le bilayer MGGs (e ntšo) le G (e khubelu) tlas'a ~ 1000 cyclic strain loading ho fihlela ho 40 le 90% khatello e tšoanang, ka ho latellana.
feie.S10.SEM setšoantšo sa trilayer MGG ho SEBS elastomer ka mor'a khatello, e bontšang sefapano se selelele sa moqolo holim'a mapetsong a 'maloa.
feie.S12.AFM setšoantšo sa trilayer MGG holim'a SEBS elastomer e tšesaane haholo ho 20% strain, e bontšang hore moqolo o tšetse phatso.
tafole S1.Li-transistors tsa bilayer MGG-lebota le le leng la carbon nanotube ka bolelele bo fapaneng pele le ka mor'a khatello.
Ena ke sengoloa se fumanehang habonolo se abuoang tlas'a lipehelo tsa laesense ea Creative Commons Attribution-NonCommercial, e lumellang ts'ebeliso, kabo, le ho ikatisa ka mokhoa ofe kapa ofe, ha feela sephetho e se molemong oa khoebo mme ha feela mosebetsi oa mantlha o nepahetse. qotsitsoe.
ELA HLOKO: Re kopa feela aterese ea hau ea lengolo-tsoibila hore motho eo u mo buellang leqephe a tsebe hore u ne u batla hore a le bone, le hore ha se mangolo-tsoibila a se nang thuso.Ha re nke aterese efe kapa efe ea lengolo-tsoibila.
Potso ena ke ea ho lekola hore na u moeti oa motho kapa che le ho thibela tlhahiso ea spam e itirisang.
Ke 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
Ke 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 Mokhatlo oa Amerika oa Tsoelo-pele ea Saense.Litokelo tsohle li sirelelitsoe.AAAS ke molekane oa HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef le COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.
Nako ea poso: Jan-28-2021