അൾട്രാ സുതാര്യവും വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതുമായ ഗ്രാഫീൻ ഇലക്ട്രോഡുകൾ

ഗ്രാഫീൻ പോലെയുള്ള ദ്വിമാന സാമഗ്രികൾ പരമ്പരാഗത അർദ്ധചാലക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും ഫ്ലെക്സിബിൾ ഇലക്ട്രോണിക്സിലെ നവീന ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും ആകർഷകമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഗ്രാഫീനിൻ്റെ ഉയർന്ന ടെൻസൈൽ ശക്തി കുറഞ്ഞ ആയാസത്തിൽ ഒടിവുണ്ടാക്കുന്നു, വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സിൽ അതിൻ്റെ അസാധാരണമായ ഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നത് വെല്ലുവിളിക്കുന്നു. സുതാര്യമായ ഗ്രാഫീൻ കണ്ടക്ടറുകളുടെ മികച്ച സ്ട്രെയിൻ-ആശ്രിത പ്രകടനം പ്രാപ്തമാക്കുന്നതിന്, മൾട്ടി ലെയർ ഗ്രാഫീൻ/ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകൾ (MGGs) എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന, അടുക്കിയിരിക്കുന്ന ഗ്രാഫീൻ പാളികൾക്കിടയിൽ ഞങ്ങൾ ഗ്രാഫീൻ നാനോസ്ക്രോളുകൾ സൃഷ്ടിച്ചു. പിരിമുറുക്കത്തിൽ, ചില സ്ക്രോളുകൾ ഗ്രാഫീനിൻ്റെ വിഘടിച്ച ഡൊമെയ്‌നുകളെ ഒരു പെർകോളിംഗ് ശൃംഖല നിലനിർത്തി, ഉയർന്ന സ്‌ട്രെയിനുകളിൽ മികച്ച ചാലകത പ്രാപ്‌തമാക്കുന്നു. എലാസ്റ്റോമറുകളിൽ പിന്തുണയ്‌ക്കുന്ന ട്രൈലെയർ എംജിജികൾ അവയുടെ യഥാർത്ഥ ചാലകതയുടെ 65% 100% സ്‌ട്രെയിനിൽ നിലനിർത്തി, ഇത് നിലവിലെ ഒഴുക്കിൻ്റെ ദിശയ്ക്ക് ലംബമാണ്, അതേസമയം നാനോസ്‌ക്രോളുകളില്ലാത്ത ഗ്രാഫീൻ്റെ ട്രൈലെയർ ഫിലിമുകൾ അവയുടെ പ്രാരംഭ ചാലകതയുടെ 25% മാത്രമേ നിലനിർത്തുന്നുള്ളൂ. ഇലക്‌ട്രോഡുകളായി MGG-കൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ഓൾ-കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്റർ> 90% പ്രക്ഷേപണം പ്രദർശിപ്പിക്കുകയും അതിൻ്റെ യഥാർത്ഥ കറൻ്റ് ഔട്ട്‌പുട്ടിൻ്റെ 60% 120% സ്‌ട്രെയിനിൽ നിലനിർത്തുകയും ചെയ്തു (ചാർജ് ട്രാൻസ്‌പോർട്ടിൻ്റെ ദിശയ്ക്ക് സമാന്തരമായി). വളരെ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതും സുതാര്യവുമായ ഈ ഓൾ-കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ അത്യാധുനിക സ്‌ട്രെച്ചബിൾ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കും.
നൂതന ബയോഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ (1, 2) പ്രധാനപ്പെട്ട ആപ്ലിക്കേഷനുകളും അതുപോലെ തന്നെ നൂതനമായ സോഫ്റ്റ് റോബോട്ടിക്‌സും ഡിസ്‌പ്ലേകളും നിർമ്മിക്കാൻ സ്ട്രെച്ചബിൾ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സുമായി (3, 4) സംയോജിപ്പിക്കാനുള്ള സാധ്യതയും ഉള്ള വളർന്നുവരുന്ന ഒരു മേഖലയാണ് സ്ട്രെച്ചബിൾ സുതാര്യമായ ഇലക്ട്രോണിക്‌സ്. ആറ്റോമിക കനം, ഉയർന്ന സുതാര്യത, ഉയർന്ന ചാലകത എന്നിവയുടെ വളരെ അഭികാമ്യമായ ഗുണങ്ങൾ ഗ്രാഫീൻ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, എന്നാൽ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇത് നടപ്പിലാക്കുന്നത് ചെറിയ ആരണങ്ങളിൽ വിള്ളൽ വീഴാനുള്ള പ്രവണതയാൽ തടഞ്ഞു. ഗ്രാഫീനിൻ്റെ മെക്കാനിക്കൽ പരിമിതികൾ മറികടക്കുന്നത്, വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന സുതാര്യമായ ഉപകരണങ്ങളിൽ പുതിയ പ്രവർത്തനം പ്രാപ്തമാക്കും.
അടുത്ത തലമുറയിലെ സുതാര്യമായ ചാലക ഇലക്‌ട്രോഡുകളുടെ (5, 6) ഗ്രാഫീൻ്റെ സവിശേഷ ഗുണങ്ങൾ അതിനെ ശക്തമായ സ്ഥാനാർത്ഥിയാക്കുന്നു. ഏറ്റവും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന സുതാര്യമായ കണ്ടക്ടറുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഇൻഡിയം ടിൻ ഓക്സൈഡ് [ഐടിഒ; 90% സുതാര്യതയിൽ 100 ​​ohms/square (sq), രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (CVD) വഴി വളർത്തിയ മോണോലെയർ ഗ്രാഫീന് ഷീറ്റ് പ്രതിരോധവും (125 ohms/sq) സുതാര്യതയും (97.4%) (5) സമാന സംയോജനമുണ്ട്. കൂടാതെ, ഗ്രാഫീൻ ഫിലിമുകൾക്ക് ITO (7) മായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ അസാധാരണമായ വഴക്കമുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു പ്ലാസ്റ്റിക് അടിവസ്ത്രത്തിൽ, അതിൻ്റെ ചാലകത 0.8 മില്ലിമീറ്റർ (8) വരെ ചെറിയ വക്രതയുടെ വളയുന്ന ആരത്തിൽ പോലും നിലനിർത്താൻ കഴിയും. സുതാര്യമായ ഫ്ലെക്സിബിൾ കണ്ടക്ടർ എന്ന നിലയിൽ അതിൻ്റെ വൈദ്യുത പ്രകടനം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, മുൻകാല കൃതികൾ ഗ്രാഫീൻ ഹൈബ്രിഡ് മെറ്റീരിയലുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ, ഗ്രാഫീൻ മിക്സഡ് ഡൈമൻഷണൽ ഹെറ്ററോസ്ട്രക്ചറൽ അർദ്ധചാലകങ്ങൾ (2D ബൾക്ക് Si, 1D നാനോവയറുകൾ/നാനോട്യൂബുകൾ, 0D ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ) (12), ഫ്ലെക്സിബിൾ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, സോളാർ സെല്ലുകൾ, ലൈറ്റ് എമിറ്റിംഗ് ഡയോഡുകൾ (എൽഇഡികൾ) (13) എന്നിവയ്ക്ക് ഇലക്ട്രോഡുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. –23).
ഫ്ലെക്സിബിൾ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സിന് ഗ്രാഫീൻ നല്ല ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്‌സിൽ അതിൻ്റെ പ്രയോഗം അതിൻ്റെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളാൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു (17, 24, 25); ഗ്രാഫീനിന് 340 N/m കാഠിന്യവും 0.5 TPa (26) യംഗ് മോഡുലസും ഉണ്ട്. ശക്തമായ കാർബൺ-കാർബൺ ശൃംഖല പ്രയോഗിച്ച സ്‌ട്രെയിന് ഊർജ വിസർജ്ജന സംവിധാനങ്ങളൊന്നും നൽകുന്നില്ല, അതിനാൽ 5%-ൽ താഴെ സ്‌ട്രെയിനിൽ പെട്ടെന്ന് പൊട്ടുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു പോളിഡിമെഥിൽസിലോക്സെയ്ൻ (പിഡിഎംഎസ്) ഇലാസ്റ്റിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന സിവിഡി ഗ്രാഫീന് അതിൻ്റെ ചാലകത 6% സ്‌ട്രെയിനിൽ താഴെ മാത്രമേ നിലനിർത്താനാകൂ (8). സൈദ്ധാന്തിക കണക്കുകൂട്ടലുകൾ കാണിക്കുന്നത്, വിവിധ പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ഞെരുക്കവും പരസ്പര ബന്ധവും കാഠിന്യത്തെ ശക്തമായി കുറയ്ക്കും (26). ഒന്നിലധികം ലെയറുകളായി ഗ്രാഫീൻ അടുക്കിവെക്കുന്നതിലൂടെ, ഈ ബൈ- അല്ലെങ്കിൽ ട്രൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ 30% സ്‌ട്രെയ്‌നിലേക്ക് വലിച്ചുനീട്ടാൻ കഴിയുമെന്ന് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യുന്നു, ഇത് മോണോലെയർ ഗ്രാഫീനേക്കാൾ 13 മടങ്ങ് ചെറുതായി ചെറുത്തുനിൽപ്പ് കാണിക്കുന്നു (27). എന്നിരുന്നാലും, ഈ സ്ട്രെച്ചബിലിറ്റി ഇപ്പോഴും അത്യാധുനിക സ്ട്രെച്ചബിൾ സി ഓണ്ടക്ടറുകളേക്കാൾ വളരെ താഴ്ന്നതാണ് (28, 29).
ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ സ്ട്രെച്ചബിൾ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ പ്രധാനമാണ്, കാരണം അവ സങ്കീർണ്ണമായ സെൻസർ റീഡൗട്ടും സിഗ്നൽ വിശകലനവും പ്രാപ്തമാക്കുന്നു (30, 31). സ്രോതസ്സ്/ഡ്രെയിൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകളായി മൾട്ടിലെയർ ഗ്രാഫീനും ചാനൽ മെറ്റീരിയലും ഉള്ള PDMS-ലെ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾക്ക് 5% സ്ട്രെയിൻ (32) വരെ വൈദ്യുത പ്രവർത്തനം നിലനിർത്താൻ കഴിയും, ഇത് ധരിക്കാവുന്ന ആരോഗ്യ നിരീക്ഷണ സെൻസറുകൾക്കും ഇലക്ട്രോണിക് ചർമ്മത്തിനും ആവശ്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ മൂല്യത്തേക്കാൾ (~50%) വളരെ താഴെയാണ്. 33, 34). അടുത്തിടെ, ഒരു ഗ്രാഫീൻ കിരിഗാമി സമീപനം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യപ്പെട്ടു, കൂടാതെ ഒരു ലിക്വിഡ് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് ഘടിപ്പിച്ച ട്രാൻസിസ്റ്റർ 240% (35) വരെ നീട്ടാൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, ഈ രീതിക്ക് സസ്പെൻഡ് ചെയ്ത ഗ്രാഫീൻ ആവശ്യമാണ്, ഇത് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയെ സങ്കീർണ്ണമാക്കുന്നു.
ഇവിടെ, ഗ്രാഫീൻ പാളികൾക്കിടയിൽ ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകൾ (~ 1 മുതൽ 20 μm വരെ നീളവും ~ 0.1 മുതൽ 1 μm വരെ വീതിയും ~ 10 മുതൽ 100 ​​nm വരെ ഉയരം വരെ) പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ച് വളരെ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണങ്ങൾ ഞങ്ങൾ നേടുന്നു. ഈ ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകൾക്ക് ഗ്രാഫീൻ ഷീറ്റുകളിലെ ബ്രിഡ്ജ് വിള്ളലുകൾക്ക് ചാലക പാതകൾ നൽകാനാകുമെന്ന് ഞങ്ങൾ അനുമാനിക്കുന്നു, അങ്ങനെ ആയാസത്തിൽ ഉയർന്ന ചാലകത നിലനിർത്തുന്നു. ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകൾക്ക് അധിക സിന്തസിസോ പ്രക്രിയയോ ആവശ്യമില്ല; നനഞ്ഞ കൈമാറ്റ പ്രക്രിയയിൽ അവ സ്വാഭാവികമായി രൂപം കൊള്ളുന്നു. മൾട്ടിലെയർ G/G (ഗ്രാഫീൻ/ഗ്രാഫീൻ) സ്ക്രോളുകൾ (MGGs) ഗ്രാഫീൻ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ഇലക്ട്രോഡുകൾ (ഉറവിടം/ഡ്രെയിൻ, ഗേറ്റ്), അർദ്ധചാലക സിഎൻടികൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച്, 120 വരെ നീട്ടാവുന്ന, വളരെ സുതാര്യവും വളരെ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതുമായ ഓൾ-കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ പ്രദർശിപ്പിക്കാൻ ഞങ്ങൾക്ക് കഴിഞ്ഞു. % സ്ട്രെയിൻ (ചാർജ് ട്രാൻസ്പോർട്ടിൻ്റെ ദിശയ്ക്ക് സമാന്തരമായി) കൂടാതെ അവയുടെ യഥാർത്ഥ നിലവിലെ ഔട്ട്പുട്ടിൻ്റെ 60 % നിലനിർത്തുക. ഇതുവരെയുള്ള ഏറ്റവും നീട്ടാവുന്ന സുതാര്യമായ കാർബൺ അധിഷ്ഠിത ട്രാൻസിസ്റ്ററാണിത്, കൂടാതെ ഇത് ഒരു അജൈവ എൽഇഡി ഓടിക്കാൻ ആവശ്യമായ കറൻ്റ് നൽകുന്നു.
വലിയ വിസ്തൃതിയുള്ള സുതാര്യമായ സ്‌ട്രെച്ചബിൾ ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കാൻ, ഞങ്ങൾ Cu ഫോയിലിൽ CVD-വളർത്തിയ ഗ്രാഫീൻ തിരഞ്ഞെടുത്തു. ഒരു CVD ക്വാർട്സ് ട്യൂബിൻ്റെ മധ്യഭാഗത്ത് Cu ഫോയിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്തു, ഇരുവശത്തും ഗ്രാഫീൻ്റെ വളർച്ച അനുവദിക്കുകയും G/Cu/G ഘടനകൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്തു. ഗ്രാഫീൻ കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്നതിനായി, ഗ്രാഫീൻ്റെ ഒരു വശം സംരക്ഷിക്കുന്നതിനായി ഞങ്ങൾ ആദ്യം പോളി (മീഥൈൽ മെതാക്രിലേറ്റ്) (പിഎംഎംഎ) യുടെ നേർത്ത പാളി സ്‌പിൻ-കോട്ട് ചെയ്തു, അതിന് ഞങ്ങൾ ടോപ്‌സൈഡ് ഗ്രാഫീൻ (ഗ്രാഫീൻ്റെ മറുവശത്ത് തിരിച്ചും) എന്ന് പേരിട്ടു, തുടർന്ന്, മുഴുവൻ ഫിലിമും (പിഎംഎംഎ/ടോപ്പ് ഗ്രാഫീൻ/ക്യൂ/ബോട്ടം ഗ്രാഫീൻ) (NH4)2S2O8 ലായനിയിൽ കുതിർത്ത് ക്യൂ ഫോയിൽ അകറ്റാൻ. പിഎംഎംഎ കോട്ടിംഗ് ഇല്ലാത്ത താഴത്തെ വശത്തെ ഗ്രാഫീനിൽ ഒഴിച്ചുകൂടാനാവാത്ത വിള്ളലുകളും വൈകല്യങ്ങളും ഉണ്ടായിരിക്കും, അത് ഒരു എച്ചാൻ്റിനെ തുളച്ചുകയറാൻ അനുവദിക്കുന്നു (36, 37). ചിത്രം 1A-ൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഉപരിതല പിരിമുറുക്കത്തിൻ്റെ ഫലമായി, റിലീസ് ചെയ്ത ഗ്രാഫീൻ ഡൊമെയ്‌നുകൾ സ്‌ക്രോളുകളായി ചുരുട്ടുകയും തുടർന്ന് ശേഷിക്കുന്ന ടോപ്പ്-ജി/പിഎംഎംഎ ഫിലിമിൽ ഘടിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തു. Top-G/G സ്ക്രോളുകൾ SiO2/Si, ഗ്ലാസ് അല്ലെങ്കിൽ സോഫ്റ്റ് പോളിമർ പോലെയുള്ള ഏത് അടിവസ്ത്രത്തിലേക്കും കൈമാറ്റം ചെയ്യാവുന്നതാണ്. ഒരേ അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് ഈ കൈമാറ്റ പ്രക്രിയ പലതവണ ആവർത്തിക്കുന്നത് MGG ഘടനകൾ നൽകുന്നു.
(എ) സ്ട്രെച്ചബിൾ ഇലക്‌ട്രോഡായി എംജിജികൾക്കായുള്ള ഫാബ്രിക്കേഷൻ നടപടിക്രമത്തിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ചിത്രീകരണം. ഗ്രാഫീൻ കൈമാറ്റ സമയത്ത്, Cu ഫോയിലിലെ ബാക്ക്സൈഡ് ഗ്രാഫീൻ അതിരുകളിലും വൈകല്യങ്ങളിലും തകർന്നു, ഏകപക്ഷീയമായ ആകൃതികളിലേക്ക് ചുരുട്ടി, മുകളിലെ ഫിലിമുകളിൽ ദൃഡമായി ഘടിപ്പിച്ച് നാനോസ്ക്രോളുകൾ രൂപപ്പെടുത്തി. നാലാമത്തെ കാർട്ടൂൺ അടുക്കിയിരിക്കുന്ന MGG ഘടനയെ ചിത്രീകരിക്കുന്നു. (B, C) യഥാക്രമം മോണോലെയർ ഗ്രാഫീൻ (B), സ്ക്രോൾ (C) മേഖലകളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്ന ഒരു മോണോലെയർ MGG-യുടെ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ TEM സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ. TEM ഗ്രിഡിലെ മോണോലെയർ MGG-കളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള രൂപഘടന കാണിക്കുന്ന കുറഞ്ഞ മാഗ്നിഫിക്കേഷൻ ചിത്രമാണ് (B) യുടെ ഇൻസെറ്റ്. ചിത്രത്തിൽ സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ചതുരാകൃതിയിലുള്ള ബോക്സുകൾക്കൊപ്പം എടുത്ത തീവ്രത പ്രൊഫൈലുകളാണ് (C) ഇൻസെറ്റുകൾ, ഇവിടെ ആറ്റോമിക തലങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം 0.34 ഉം 0.41 nm ഉം ആണ്. (D ) കാർബൺ കെ-എഡ്ജ് EEL സ്പെക്ട്രം ഗ്രാഫിറ്റിക് π*, σ* കൊടുമുടികൾ ലേബൽ ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. (E) മഞ്ഞ ഡോട്ടുള്ള വരയ്‌ക്കൊപ്പം ഉയരമുള്ള പ്രൊഫൈലുള്ള മോണോലെയർ G/G സ്ക്രോളുകളുടെ വിഭാഗ AFM ചിത്രം. (F മുതൽ I വരെ) യഥാക്രമം 300-nm കട്ടിയുള്ള SiO2/Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ (F, H) കൂടാതെ സ്‌ക്രോളുകളുള്ള (G, I) ട്രൈലെയർ G-യുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്‌കോപ്പി, AFM ഇമേജുകൾ. അവയുടെ വ്യത്യാസങ്ങൾ എടുത്തുകാണിക്കാൻ പ്രതിനിധി ചുരുളുകളും ചുളിവുകളും ലേബൽ ചെയ്‌തു.
സ്ക്രോളുകൾ പ്രകൃതിയിൽ ഗ്രാഫീൻ ഉരുട്ടിയതാണെന്ന് പരിശോധിക്കാൻ, ഞങ്ങൾ മോണോലെയർ ടോപ്പ്-ജി/ജി സ്ക്രോൾ ഘടനകളിൽ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിയും (TEM) ഇലക്ട്രോൺ എനർജി ലോസ് (EEL) സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി പഠനങ്ങളും നടത്തി. ചിത്രം 1B ഒരു മോണോലെയർ ഗ്രാഫീനിൻ്റെ ഷഡ്ഭുജ ഘടന കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ TEM ഗ്രിഡിൻ്റെ ഒരൊറ്റ കാർബൺ ദ്വാരത്തിൽ പൊതിഞ്ഞ ഫിലിമിൻ്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള രൂപഘടനയാണ് ഇൻസെറ്റ്. മോണോലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഗ്രിഡിൻ്റെ ഭൂരിഭാഗവും വ്യാപിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഷഡ്ഭുജ വളയങ്ങളുടെ ഒന്നിലധികം സ്റ്റാക്കുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ചില ഗ്രാഫീൻ അടരുകൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു (ചിത്രം 1 ബി). ഒരു വ്യക്തിഗത സ്ക്രോളിലേക്ക് (ചിത്രം 1C) സൂം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, 0.34 മുതൽ 0.41 nm വരെ പരിധിയിലുള്ള ലാറ്റിസ് സ്പേസിംഗ് ഉള്ള ഒരു വലിയ അളവിലുള്ള ഗ്രാഫീൻ ലാറ്റിസ് അരികുകൾ ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചു. "ABAB" ലെയർ സ്റ്റാക്കിങ്ങിൽ 0.34 nm എന്ന ലാറ്റിസ് സ്‌പെയ്‌സിംഗ് ഉള്ള അടരുകൾ ക്രമരഹിതമായി ചുരുട്ടിയിരിക്കുന്നതാണെന്നും തികഞ്ഞ ഗ്രാഫൈറ്റ് അല്ലെന്നും ഈ അളവുകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ചിത്രം 1D കാർബൺ കെ-എഡ്ജ് EEL സ്പെക്ട്രം കാണിക്കുന്നു, അവിടെ 285 eV യിലെ കൊടുമുടി π* പരിക്രമണപഥത്തിൽ നിന്ന് ഉത്ഭവിക്കുന്നു, മറ്റൊന്ന് 290 eV പരിക്രമണപഥത്തിൻ്റെ പരിവർത്തനം മൂലമാണ്. ഈ ഘടനയിൽ sp2 ബോണ്ടിംഗ് ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നതായി കാണാം, സ്ക്രോളുകൾ വളരെ ഗ്രാഫിറ്റിക് ആണെന്ന് പരിശോധിച്ചുറപ്പിക്കുന്നു.
ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പി, ആറ്റോമിക് ഫോഴ്സ് മൈക്രോസ്കോപ്പി (എഎഫ്എം) ചിത്രങ്ങൾ എംജിജികളിലെ ഗ്രാഫീൻ നാനോസ്ക്രോളുകളുടെ വിതരണത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഉൾക്കാഴ്ച നൽകുന്നു (ചിത്രം. 1, ഇ മുതൽ ജി, അത്തിപ്പഴം എസ്1, എസ്2). സ്ക്രോളുകൾ ക്രമരഹിതമായി ഉപരിതലത്തിൽ വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, അവയുടെ ഇൻ-പ്ലെയ്ൻ സാന്ദ്രത അടുക്കിയിരിക്കുന്ന പാളികളുടെ എണ്ണത്തിന് ആനുപാതികമായി വർദ്ധിക്കുന്നു. പല ചുരുളുകളും കെട്ടുകളായി പിണഞ്ഞിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ 10 മുതൽ 100 ​​nm വരെ പരിധിയിൽ ഏകതാനമല്ലാത്ത ഉയരം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. അവയുടെ പ്രാരംഭ ഗ്രാഫീൻ അടരുകളുടെ വലുപ്പമനുസരിച്ച് അവയ്ക്ക് 1 മുതൽ 20 μm വരെ നീളവും 0.1 മുതൽ 1 μm വരെ വീതിയും ഉണ്ട്. ചിത്രം 1 (H, I) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ചുരുളുകൾക്ക് ചുളിവുകളേക്കാൾ വലിയ വലിപ്പമുണ്ട്, ഇത് ഗ്രാഫീൻ പാളികൾക്കിടയിൽ വളരെ പരുക്കൻ ഇൻ്റർഫേസിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.
ഇലക്ട്രിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ അളക്കാൻ, ഞങ്ങൾ സ്ക്രോൾ സ്ട്രക്ച്ചറുകൾ ഉപയോഗിച്ചോ അല്ലാതെയോ ഗ്രാഫീൻ ഫിലിമുകൾ പാറ്റേൺ ചെയ്തു, ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി ഉപയോഗിച്ച് 300-μm വീതിയും 2000-μm നീളവുമുള്ള സ്ട്രിപ്പുകളായി ലേയർ സ്റ്റാക്കിങും. സ്‌ട്രെയിനിൻ്റെ പ്രവർത്തനമെന്ന നിലയിൽ ടു-പ്രോബ് പ്രതിരോധങ്ങൾ ആംബിയൻ്റ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ അളന്നു. സ്ക്രോളുകളുടെ സാന്നിധ്യം മോണോലെയർ ഗ്രാഫീനിനുള്ള പ്രതിരോധശേഷി 80% കുറച്ചു, പ്രക്ഷേപണത്തിൽ 2.2% മാത്രം കുറവുണ്ടായി (fig. S4). 5 × 107 A/cm2 (38, 39 ) വരെ ഉയർന്ന കറൻ്റ് ഡെൻസിറ്റി ഉള്ള നാനോസ്‌ക്രോളുകൾ MGG-കൾക്ക് വളരെ നല്ല വൈദ്യുത സംഭാവന നൽകുന്നുവെന്ന് ഇത് സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. എല്ലാ മോണോ-, ബൈ-, ട്രൈലെയർ പ്ലെയിൻ ഗ്രാഫീൻ, MGG-കൾക്കിടയിലും, ട്രൈലെയർ MGG-ന് ഏകദേശം 90% സുതാര്യതയോടെ മികച്ച ചാലകതയുണ്ട്. സാഹിത്യത്തിൽ റിപ്പോർട്ടുചെയ്ത ഗ്രാഫീനിൻ്റെ മറ്റ് സ്രോതസ്സുകളുമായി താരതമ്യം ചെയ്യാൻ, ഞങ്ങൾ നാല്-പ്രോബ് ഷീറ്റ് റെസിസ്റ്റൻസുകളും (അത്തിപ്പഴം. എസ് 5) അളക്കുകയും ചിത്രം 2A-ൽ 550 nm (fig. S6)-ൽ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസിൻ്റെ ഒരു ഫംഗ്ഷനായി പട്ടികപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്തു. കൃത്രിമമായി അടുക്കിയിരിക്കുന്ന മൾട്ടിലേയർ പ്ലെയിൻ ഗ്രാഫീനെക്കാളും കുറഞ്ഞ ഗ്രാഫീൻ ഓക്സൈഡിനേക്കാളും (6, 8, 18) താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതോ ഉയർന്നതോ ആയ ചാലകതയും സുതാര്യതയും MGG കാണിക്കുന്നു. സാഹിത്യത്തിൽ നിന്നുള്ള കൃത്രിമമായി അടുക്കിയിരിക്കുന്ന മൾട്ടിലെയർ പ്ലെയിൻ ഗ്രാഫീനിൻ്റെ ഷീറ്റ് പ്രതിരോധം നമ്മുടെ എംജിജിയേക്കാൾ അല്പം കൂടുതലാണെന്ന കാര്യം ശ്രദ്ധിക്കുക, ഒരുപക്ഷേ അവയുടെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാത്ത വളർച്ചാ സാഹചര്യങ്ങളും കൈമാറ്റ രീതിയും .
(എ) വിവിധ തരം ഗ്രാഫീനുകൾക്ക് 550 nm-ൽ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസിന് എതിരായ നാല്-പ്രോബ് ഷീറ്റ് പ്രതിരോധം, കറുത്ത ചതുരങ്ങൾ മോണോ-, ബൈ-, ട്രൈലെയർ MGG-കളെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു; ചുവന്ന വൃത്തങ്ങളും നീല ത്രികോണങ്ങളും Li et al ൻ്റെ പഠനങ്ങളിൽ നിന്ന് Cu, Ni എന്നിവയിൽ വളരുന്ന മൾട്ടി ലെയർ പ്ലെയിൻ ഗ്രാഫീനുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. (6) കിം മറ്റുള്ളവരും. (8), യഥാക്രമം, തുടർന്ന് SiO2/Si അല്ലെങ്കിൽ quartz-ലേക്ക് മാറ്റുന്നു; കൂടാതെ പച്ച ത്രികോണങ്ങൾ ബൊണാക്കോർസോ മറ്റുള്ളവരുടെ പഠനത്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായ കുറയ്ക്കുന്ന ഡിഗ്രികളിൽ RGO യുടെ മൂല്യങ്ങളാണ്. (18) (ബി, സി) നിലവിലെ പ്രവാഹത്തിൻ്റെ ദിശയിലേക്ക് ലംബമായ (ബി) സമാന്തര (സി) സ്‌ട്രെയിൻ്റെ പ്രവർത്തനമായി മോണോ-, ബൈ-, ട്രൈലെയർ എംജിജി, ജി എന്നിവയുടെ സാധാരണ പ്രതിരോധം മാറ്റം. (D) 50% വരെ ലംബമായ സ്‌ട്രെയിൻ ലോഡ് ചെയ്യുന്ന ചാക്രിക സ്‌ട്രെയിന് കീഴിൽ ബിലെയർ G (ചുവപ്പ്), MGG (കറുപ്പ്) എന്നിവയുടെ സാധാരണ പ്രതിരോധം മാറ്റം. (E) 90% വരെ പാരലൽ സ്‌ട്രെയിൻ ലോഡ് ചെയ്യുന്ന ചാക്രിക സ്‌ട്രെയിന് കീഴിൽ ട്രൈലെയർ G (ചുവപ്പ്), MGG (കറുപ്പ്) എന്നിവയുടെ സാധാരണ പ്രതിരോധം മാറ്റം. (എഫ്) മോണോ-, ബൈ-, ട്രൈലെയർ ജി, ബൈ- ട്രൈലെയർ എംജിജി എന്നിവയുടെ സാധാരണ കപ്പാസിറ്റൻസ് മാറ്റം സ്‌ട്രെയിനിൻ്റെ ഒരു ഫംഗ്‌ഷോ എൻ. ഇൻസെറ്റ് എന്നത് കപ്പാസിറ്റർ ഘടനയാണ്, ഇവിടെ പോളിമർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് SEBS ഉം പോളിമർ ഡൈഇലക്‌ട്രിക് പാളി 2-μm കട്ടിയുള്ള SEBS ഉം ആണ്.
MGG-യുടെ സ്ട്രെയിൻ-ആശ്രിത പ്രകടനം വിലയിരുത്തുന്നതിന്, ഞങ്ങൾ ഗ്രാഫീനെ തെർമോപ്ലാസ്റ്റിക് എലാസ്റ്റോമർ സ്റ്റൈറീൻ-എഥിലീൻ-ബ്യൂട്ടാഡീൻ-സ്റ്റൈറീൻ (SEBS) സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലേക്ക് (~2 സെൻ്റിമീറ്റർ വീതിയും ~5 സെൻ്റിമീറ്റർ നീളവും) മാറ്റി, അടിവസ്ത്രം വലിച്ചുനീട്ടുന്നതിനാൽ ചാലകത അളക്കുന്നു. (മെറ്റീരിയലുകളും രീതികളും കാണുക) കറൻ്റ് ഫ്ലോയുടെ ദിശയ്ക്ക് ലംബമായും സമാന്തരമായും (ചിത്രം 2, ബി, സി). നാനോസ്‌ക്രോളുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുകയും ഗ്രാഫീൻ പാളികളുടെ എണ്ണം കൂടുകയും ചെയ്‌തതോടെ സ്‌ട്രെയിൻ-ആശ്രിത വൈദ്യുത സ്വഭാവം മെച്ചപ്പെട്ടു. ഉദാഹരണത്തിന്, സ്ട്രെയിൻ കറൻ്റ് ഫ്ലോയ്ക്ക് ലംബമായിരിക്കുമ്പോൾ, മോണോലെയർ ഗ്രാഫീനിന്, സ്ക്രോളുകൾ കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നത് വൈദ്യുത തകരാർ 5 മുതൽ 70% വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. മോണോലെയർ ഗ്രാഫീനുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ട്രൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൻ്റെ സ്ട്രെയിൻ ടോളറൻസും ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ടു. നാനോസ്‌ക്രോളുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, 100% ലംബമായ സ്‌ട്രെയിനിൽ, ട്രൈലെയർ MGG ഘടനയുടെ പ്രതിരോധം 50% മാത്രമേ വർദ്ധിച്ചിട്ടുള്ളൂ, സ്‌ക്രോളുകളില്ലാത്ത ട്രൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ്റെ 300% മായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ. സൈക്ലിക് സ്‌ട്രെയിൻ ലോഡിന് കീഴിലുള്ള റെസിസ്റ്റൻസ് മാറ്റം അന്വേഷിച്ചു. താരതമ്യത്തിന് (ചിത്രം 2D), 50% ലംബമായ സ്ട്രെയിനിൽ ~700 സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷം ഒരു പ്ലെയിൻ ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഫിലിമിൻ്റെ പ്രതിരോധം ഏകദേശം 7.5 മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കുകയും ഓരോ സൈക്കിളിലും ആയാസമനുസരിച്ച് വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്തു. മറുവശത്ത്, ഒരു ബൈലെയർ എംജിജിയുടെ പ്രതിരോധം ~700 സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷം ഏകദേശം 2.5 മടങ്ങ് വർദ്ധിച്ചു. സമാന്തര ദിശയിൽ 90% വരെ സ്ട്രെയിൻ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, ട്രൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ്റെ പ്രതിരോധം 1000 സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷം ~100 മടങ്ങ് വർദ്ധിച്ചു, അതേസമയം ഒരു ട്രൈലെയർ MGG-ൽ ഇത് ~8 മടങ്ങ് മാത്രമാണ് (ചിത്രം 2E). സൈക്ലിംഗ് ഫലങ്ങൾ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. S7. വിള്ളലുകളുടെ ഓറിയൻ്റേഷൻ നിലവിലെ പ്രവാഹത്തിൻ്റെ ദിശയിലേക്ക് ലംബമായതിനാൽ സമാന്തര സ്‌ട്രെയിൻ ദിശയിൽ പ്രതിരോധം താരതമ്യേന വേഗത്തിൽ വർദ്ധിക്കുന്നു. ലോഡിംഗ്, അൺലോഡിംഗ് സ്ട്രെയിൻ സമയത്ത് പ്രതിരോധത്തിൻ്റെ വ്യതിയാനം SEBS എലാസ്റ്റോമർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൻ്റെ വിസ്കോലാസ്റ്റിക് വീണ്ടെടുക്കൽ മൂലമാണ്. സൈക്ലിംഗ് സമയത്ത് എംജിജി സ്ട്രിപ്പുകളുടെ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ള പ്രതിരോധം ഗ്രാഫീനിൻ്റെ വിള്ളലുകളുള്ള ഭാഗങ്ങൾ (എഎഫ്എം നിരീക്ഷിച്ചതുപോലെ) ബ്രിഡ്ജ് ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന വലിയ സ്ക്രോളുകളുടെ സാന്നിധ്യമാണ്, ഇത് ഒരു പെർകോലേറ്റിംഗ് പാത നിലനിർത്താൻ സഹായിക്കുന്നു. ഒരു പെർകോലേറ്റിംഗ് പാതയിലൂടെ ചാലകത നിലനിർത്തുന്ന ഈ പ്രതിഭാസം എലാസ്റ്റോമർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലെ വിള്ളലുകളുള്ള മെറ്റൽ അല്ലെങ്കിൽ അർദ്ധചാലക ഫിലിമുകൾക്ക് മുമ്പ് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട് (40, 41).
സ്ട്രെച്ചബിൾ ഉപകരണങ്ങളിൽ ഈ ഗ്രാഫീൻ അധിഷ്ഠിത ഫിലിമുകളെ ഗേറ്റ് ഇലക്‌ട്രോഡുകളായി വിലയിരുത്തുന്നതിന്, ഞങ്ങൾ ഗ്രാഫീൻ പാളിയെ ഒരു SEBS ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ലെയർ (2 μm കനം) കൊണ്ട് മൂടുകയും സ്‌ട്രെയിനിൻ്റെ ഒരു പ്രവർത്തനമായി വൈദ്യുത കപ്പാസിറ്റൻസ് മാറ്റം നിരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം. 2F ഉം അനുബന്ധ സാമഗ്രികളും കാണുക. വിശദാംശങ്ങൾ). ഗ്രാഫീൻ്റെ ഇൻ-പ്ലെയ്ൻ ചാലകത നഷ്ടപ്പെട്ടതിനാൽ പ്ലെയിൻ മോണോലെയർ, ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഉള്ള കപ്പാസിറ്റൻസുകൾ പെട്ടെന്ന് കുറയുന്നത് ഞങ്ങൾ നിരീക്ഷിച്ചു. നേരെമറിച്ച്, MGG-കളും പ്ലെയിൻ ട്രൈലെയർ ഗ്രാഫീനും ഗേറ്റ് ചെയ്ത കപ്പാസിറ്റൻസുകൾ സ്‌ട്രെയിനിനൊപ്പം കപ്പാസിറ്റൻസിൻ്റെ വർദ്ധനവ് കാണിച്ചു, ഇത് സ്‌ട്രെയിനിനൊപ്പം വൈദ്യുത കനം കുറയുന്നതിനാൽ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. കപ്പാസിറ്റൻസിൽ പ്രതീക്ഷിച്ച വർദ്ധനവ് MGG ഘടനയുമായി വളരെ നന്നായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു (fig. S8). വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾക്ക് ഒരു ഗേറ്റ് ഇലക്ട്രോഡായി MGG അനുയോജ്യമാണെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.
വൈദ്യുതചാലകതയുടെ സ്ട്രെയിൻ ടോളറൻസിൽ 1D ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളിൻ്റെ പങ്ക് കൂടുതൽ അന്വേഷിക്കാനും ഗ്രാഫീൻ പാളികൾക്കിടയിലുള്ള വേർതിരിവ് നന്നായി നിയന്ത്രിക്കാനും, ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ ഞങ്ങൾ സ്പ്രേ-കോട്ടഡ് CNT-കൾ ഉപയോഗിച്ചു (സപ്ലിമെൻ്ററി മെറ്റീരിയലുകൾ കാണുക). MGG ഘടനകളെ അനുകരിക്കാൻ, ഞങ്ങൾ മൂന്ന് സാന്ദ്രത CNT-കൾ നിക്ഷേപിച്ചു (അതായത്, CNT1
(A മുതൽ C വരെ) CNT-കളുടെ മൂന്ന് വ്യത്യസ്ത സാന്ദ്രതകളുടെ AFM ചിത്രങ്ങൾ (CNT1
വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്‌സിനുള്ള ഇലക്‌ട്രോഡുകളായി അവയുടെ കഴിവ് കൂടുതൽ മനസ്സിലാക്കാൻ, MGG, G-CNT-G എന്നിവയുടെ രൂപഘടനകൾ ഞങ്ങൾ വ്യവസ്ഥാപിതമായി അന്വേഷിച്ചു. ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പിയും സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിയും (SEM) ഫലപ്രദമായ സ്വഭാവരൂപീകരണ രീതികളല്ല, കാരണം ഇവ രണ്ടിനും വർണ്ണ കോൺട്രാസ്റ്റ് ഇല്ല, കൂടാതെ ഗ്രാഫീൻ പോളിമർ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ (അത്തിപ്പഴം S9, S10) ആയിരിക്കുമ്പോൾ ഇലക്‌ട്രോൺ സ്കാനിംഗ് സമയത്ത് SEM ഇമേജ് ആർട്ടിഫാക്‌റ്റുകൾക്ക് വിധേയമാണ്. ഗ്രാഫീൻ ഉപരിതലം സമ്മർദ്ദത്തിലായിരിക്കുന്നത് നിരീക്ഷിക്കാൻ, ഞങ്ങൾ ട്രൈലെയർ MGG-കളിലും പ്ലെയിൻ ഗ്രാഫീനിലും AFM അളവുകൾ ശേഖരിച്ചു, വളരെ നേർത്ത (~0.1 mm കനം ) ഇലാസ്റ്റിക് SEBS സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലേക്ക് മാറ്റി. CVD ഗ്രാഫീനിലെ അന്തർലീനമായ വൈകല്യങ്ങളും ട്രാൻസ്ഫർ പ്രക്രിയയിൽ ബാഹ്യമായ നാശനഷ്ടങ്ങളും കാരണം, പിരിമുറുക്കമുള്ള ഗ്രാഫീനിൽ വിള്ളലുകൾ അനിവാര്യമായും സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു, വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന സമ്മർദ്ദത്തോടെ, വിള്ളലുകൾ സാന്ദ്രമായിത്തീർന്നു (ചിത്രം 4, A മുതൽ D വരെ). കാർബൺ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ സ്റ്റാക്കിംഗ് ഘടനയെ ആശ്രയിച്ച്, വിള്ളലുകൾ വ്യത്യസ്ത രൂപഘടനകൾ (fig. S11) (27) പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. മൾട്ടിലെയർ ഗ്രാഫീനിൻ്റെ ക്രാക്ക് ഏരിയ ഡെൻസിറ്റി (ക്രാക്ക് ഏരിയ/അനലൈസ്ഡ് ഏരിയ എന്ന് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്) സ്ട്രെയിനിന് ശേഷമുള്ള മോണോലെയർ ഗ്രാഫീനേക്കാൾ കുറവാണ്, ഇത് എംജിജികളുടെ വൈദ്യുതചാലകതയിലെ വർദ്ധനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. മറുവശത്ത്, സ്‌ക്രോളുകൾ പലപ്പോഴും വിള്ളലുകളെ മറികടക്കാൻ നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് സ്‌ട്രെയിൻഡ് ഫിലിമിൽ അധിക ചാലക പാതകൾ നൽകുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ചിത്രം 4B-യുടെ ചിത്രത്തിൽ ലേബൽ ചെയ്തിരിക്കുന്നതുപോലെ, MGG എന്ന ട്രൈലെയറിലെ ഒരു വിള്ളലിന് മുകളിലൂടെ വിശാലമായ സ്ക്രോൾ കടന്നുപോയി, പക്ഷേ പ്ലെയിൻ ഗ്രാഫീനിൽ ഒരു സ്ക്രോൾ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടില്ല (ചിത്രം 4, E മുതൽ H വരെ). അതുപോലെ, CNT-കളും ഗ്രാഫീനിലെ വിള്ളലുകൾ ഒഴിവാക്കി (fig. S11). ക്രാക്ക് ഏരിയ ഡെൻസിറ്റി, സ്ക്രോൾ ഏരിയ ഡെൻസിറ്റി, ഫിലിമുകളുടെ പരുക്കൻത എന്നിവ ചിത്രം 4K-ൽ സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു.
(A മുതൽ H വരെ) 0, 20, 60, 100 എന്നിവയിൽ വളരെ നേർത്ത SEBS (~0.1 mm കനം) എലാസ്റ്റോമറിൽ ട്രൈലെയർ G/G സ്ക്രോളുകളുടെയും (A മുതൽ D വരെ) ട്രൈലെയർ G ഘടനകളുടെയും (E മുതൽ H വരെ) AFM ചിത്രങ്ങൾ % ബുദ്ധിമുട്ട്. പ്രതിനിധി വിള്ളലുകളും ചുരുളുകളും അമ്പുകൾ കൊണ്ട് ചൂണ്ടിക്കാണിക്കുന്നു. എല്ലാ AFM ചിത്രങ്ങളും 15 μm × 15 μm വിസ്തീർണ്ണത്തിലാണ്, ലേബൽ ചെയ്തിരിക്കുന്ന അതേ വർണ്ണ സ്കെയിൽ ബാർ ഉപയോഗിക്കുന്നു. (I) SEBS സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലെ പാറ്റേൺ ചെയ്ത മോണോലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകളുടെ സിമുലേഷൻ ജ്യാമിതി. (J) മോണോലെയർ ഗ്രാഫീനിലെ മാക്സിമൽ പ്രിൻസിപ്പൽ ലോഗരിഥമിക് സ്‌ട്രെയിൻ്റെ സിമുലേഷൻ കോണ്ടൂർ മാപ്പ്, 20% എക്‌സ്‌റ്റേണൽ സ്‌ട്രെയ്‌നിലുള്ള SEBS സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്. (കെ) വിവിധ ഗ്രാഫീൻ ഘടനകൾക്കുള്ള ക്രാക്ക് ഏരിയ സാന്ദ്രത (ചുവപ്പ് കോളം), സ്ക്രോൾ ഏരിയ ഡെൻസിറ്റി (മഞ്ഞ കോളം), ഉപരിതല പരുക്കൻ (നീല കോളം) എന്നിവയുടെ താരതമ്യം.
എംജിജി ഫിലിമുകൾ വലിച്ചുനീട്ടുമ്പോൾ, ഗ്രാഫീനിൻ്റെ വിള്ളലുകളുള്ള പ്രദേശങ്ങളെ മറികടക്കാൻ സ്ക്രോളുകൾക്ക് കഴിയും, ഒരു പെർകോളിംഗ് നെറ്റ്‌വർക്ക് നിലനിർത്താൻ ഒരു പ്രധാന അധിക സംവിധാനം ഉണ്ട്. ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകൾ പ്രതീക്ഷ നൽകുന്നതാണ്, കാരണം അവയ്ക്ക് പതിനായിരക്കണക്കിന് മൈക്രോമീറ്റർ നീളമുണ്ടാകാം, അതിനാൽ സാധാരണ മൈക്രോമീറ്റർ സ്കെയിൽ വരെയുള്ള വിള്ളലുകൾ മറികടക്കാൻ കഴിയും. കൂടാതെ, സ്ക്രോളുകളിൽ ഗ്രാഫീൻ്റെ മൾട്ടി ലെയറുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ, അവയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധം ഉണ്ടാകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന ചാലക ബ്രിഡ്ജിംഗ് കഴിവ് നൽകാൻ താരതമ്യേന സാന്ദ്രമായ (ലോവർ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസ്) CNT നെറ്റ്‌വർക്കുകൾ ആവശ്യമാണ്, കാരണം CNT-കൾ ചെറുതും (സാധാരണയായി കുറച്ച് മൈക്രോമീറ്ററുകൾ നീളം) സ്ക്രോളുകളേക്കാൾ ചാലകത കുറവുമാണ്. മറുവശത്ത്, അത്തിയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ. S12, സ്‌ട്രെയിനിനെ ഉൾക്കൊള്ളുന്നതിനായി ഗ്രാഫീൻ വലിച്ചുനീട്ടുമ്പോൾ പൊട്ടുന്നു, സ്ക്രോളുകൾ പൊട്ടുന്നില്ല, രണ്ടാമത്തേത് അന്തർലീനമായ ഗ്രാഫീനിൽ സ്ലൈഡുചെയ്യുന്നതായി സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഗ്രാഫീനിൻ്റെ (~1 മുതൽ 2 0 μm വരെ നീളം, ~0.1 മുതൽ 1 μm വരെ വീതി, ~10 മുതൽ 100 ​​nm വരെ ഉയരം) രൂപപ്പെട്ട, ഉരുട്ടിയ ഘടനയാണ് അവ പൊട്ടാതിരിക്കാനുള്ള കാരണം. ഒറ്റ-പാളി ഗ്രാഫീനേക്കാൾ ഉയർന്ന ഫലപ്രദമായ മോഡുലസ്. ഗ്രീൻ ആൻഡ് ഹെർസം (42) റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തതുപോലെ, സിഎൻടികൾക്കിടയിലുള്ള വലിയ ജംഗ്ഷൻ പ്രതിരോധം ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും മെറ്റാലിക് CNT നെറ്റ്‌വർക്കുകൾക്ക് (ട്യൂബ് വ്യാസം 1.0 nm) കുറഞ്ഞ ഷീറ്റ് പ്രതിരോധം <100 ohms/sq നേടാൻ കഴിയും. ഞങ്ങളുടെ ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകൾക്ക് 0.1 മുതൽ 1 μm വരെ വീതിയുണ്ടെന്നും, G/G സ്ക്രോളുകൾക്ക് CNT-കളേക്കാൾ വളരെ വലിയ കോൺടാക്റ്റ് ഏരിയകളുണ്ടെന്നും കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ, ഗ്രാഫീനും ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകളും തമ്മിലുള്ള കോൺടാക്റ്റ് റെസിസ്റ്റൻസും കോൺടാക്റ്റ് ഏരിയയും ഉയർന്ന ചാലകത നിലനിർത്തുന്നതിനുള്ള ഘടകങ്ങളെ പരിമിതപ്പെടുത്തരുത്.
ഗ്രാഫീനിന് SEBS സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിനേക്കാൾ വളരെ ഉയർന്ന മോഡുലസ് ഉണ്ട്. ഗ്രാഫീൻ ഇലക്ട്രോഡിൻ്റെ ഫലപ്രദമായ കനം അടിവസ്ത്രത്തേക്കാൾ വളരെ കുറവാണെങ്കിലും, ഗ്രാഫീൻ്റെ കാഠിന്യം അതിൻ്റെ കനം ഇരട്ടി അടിവസ്ത്രവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ് (43, 44), ഇത് മിതമായ കർക്കശ-ദ്വീപ് പ്രഭാവം ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഒരു SEBS സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ 1-nm-കട്ടിയുള്ള ഗ്രാഫീൻ്റെ രൂപഭേദം ഞങ്ങൾ അനുകരിക്കുന്നു (വിശദാംശങ്ങൾക്ക് അനുബന്ധ സാമഗ്രികൾ കാണുക). സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ അനുസരിച്ച്, 20% സ്ട്രെയിൻ SEBS അടിവസ്ത്രത്തിൽ ബാഹ്യമായി പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഗ്രാഫീനിലെ ശരാശരി സ്ട്രെയിൻ ~6.6% ആണ് (ചിത്രം. 4J, ഫിഗ്. S13D), ഇത് പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു (ചിത്രം. S13 കാണുക) . ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്‌കോപ്പി ഉപയോഗിച്ച് പാറ്റേൺ ചെയ്ത ഗ്രാഫീനിലെയും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മേഖലകളിലെയും സ്‌ട്രെയിനെ ഞങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്യുകയും ഗ്രാഫീൻ മേഖലയിലെ സ്‌ട്രെയ്‌നിൻ്റെ ഇരട്ടിയെങ്കിലും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മേഖലയിലെ സ്‌ട്രെയിന് ആണെന്ന് കണ്ടെത്തി. ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡ് പാറ്റേണുകളിൽ പ്രയോഗിച്ച സമ്മർദ്ദം ഗണ്യമായി പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും, SEBS ന് മുകളിൽ ഗ്രാഫീൻ കടുപ്പമുള്ള ദ്വീപുകൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു (26, 43, 44).
അതിനാൽ, ഉയർന്ന സമ്മർദ്ദത്തിൽ ഉയർന്ന ചാലകത നിലനിർത്താനുള്ള MGG ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ കഴിവ് രണ്ട് പ്രധാന സംവിധാനങ്ങളാൽ പ്രാപ്തമാക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്: (i) ഒരു ചാലക പെർകോലേഷൻ പാത നിലനിർത്താൻ സ്ക്രോളുകൾക്ക് വിച്ഛേദിക്കപ്പെട്ട പ്രദേശങ്ങളെ ബ്രിഡ്ജ് ചെയ്യാൻ കഴിയും, കൂടാതെ (ii) മൾട്ടി ലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഷീറ്റുകൾ / എലാസ്റ്റോമർ സ്ലൈഡ് ചെയ്യാം. പരസ്പരം മീതെ, ഗ്രാഫീൻ ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ ആയാസം കുറയുന്നു. എലാസ്റ്റോമറിൽ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെട്ട ഗ്രാഫീനിൻ്റെ ഒന്നിലധികം പാളികൾക്കായി, പാളികൾ പരസ്പരം ശക്തമായി ഘടിപ്പിച്ചിട്ടില്ല, അത് സ്‌ട്രെയിന് പ്രതികരണമായി സ്ലൈഡ് ചെയ്തേക്കാം (27). സ്ക്രോളുകൾ ഗ്രാഫീൻ പാളികളുടെ പരുക്കനും വർദ്ധിപ്പിച്ചു, ഇത് ഗ്രാഫീൻ പാളികൾ തമ്മിലുള്ള വേർതിരിവ് വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ സഹായിച്ചേക്കാം, അതിനാൽ ഗ്രാഫീൻ പാളികളുടെ സ്ലൈഡിംഗ് സാധ്യമാക്കുന്നു.
കുറഞ്ഞ വിലയും ഉയർന്ന ത്രൂപുട്ടും കാരണം എല്ലാ കാർബൺ ഉപകരണങ്ങളും ആവേശത്തോടെ പിന്തുടരുന്നു. ഞങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ, എല്ലാ-കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളും താഴെയുള്ള ഗ്രാഫീൻ ഗേറ്റ്, ഒരു മുകളിലെ ഗ്രാഫീൻ ഉറവിടം/ഡ്രെയിൻ കോൺടാക്റ്റ്, ഒരു തരംതിരിച്ച CNT അർദ്ധചാലകം, കൂടാതെ SEBS ഒരു ഡൈഇലക്‌ട്രിക് (ചിത്രം 5A) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ചിത്രം 5B-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകളുള്ള (മുകളിൽ ഉപകരണം) ഉള്ള ഉപകരണത്തേക്കാൾ, ഉറവിടം/ഡ്രെയിൻ, ഗേറ്റ് (താഴെയുള്ള ഉപകരണം) എന്നിവയായി CNT-കളുള്ള ഒരു കാർബൺ ഉപകരണം കൂടുതൽ അതാര്യമാണ്. കാരണം, സിഎൻടി നെറ്റ്‌വർക്കുകൾക്ക് വലിയ കനം ആവശ്യമാണ്, തത്ഫലമായി, ഗ്രാഫീനിൻ്റേതിന് സമാനമായ ഷീറ്റ് പ്രതിരോധം നേടുന്നതിന് കുറഞ്ഞ ഒപ്റ്റിക്കൽ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസുകൾ ആവശ്യമാണ് (fig. S4). ചിത്രം 5 (C, D) ബൈലെയർ MGG ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച ഒരു ട്രാൻസിസ്റ്ററിനായി സ്ട്രെയിന് മുമ്പുള്ള പ്രാതിനിധ്യ കൈമാറ്റവും ഔട്ട്‌പുട്ട് കർവുകളും കാണിക്കുന്നു. അൺസ്ട്രെയിൻഡ് ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ ചാനൽ വീതിയും നീളവും യഥാക്രമം 800 ഉം 100 μm ഉം ആയിരുന്നു. അളന്ന ഓൺ/ഓഫ് അനുപാതം യഥാക്രമം 10−5, 10−8 എ എന്നീ തലങ്ങളിൽ ഓൺ, ഓഫ് കറൻ്റുകളോടൊപ്പം 103-ൽ കൂടുതലാണ്. ഔട്ട്‌പുട്ട് കർവ് വ്യക്തമായ ഗേറ്റ്-വോൾട്ടേജ് ആശ്രിതത്വത്തോടെ അനുയോജ്യമായ ലീനിയർ, സാ ട്യൂറേഷൻ ഭരണകൂടങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് CNT-കളും ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകളും തമ്മിലുള്ള അനുയോജ്യമായ സമ്പർക്കത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു (45). ഗ്രാഫീൻ ഇലക്ട്രോഡുകളുമായുള്ള സമ്പർക്ക പ്രതിരോധം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട Au ഫിലിമിനേക്കാൾ കുറവാണെന്ന് നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു (ചിത്രം S14 കാണുക). സ്‌ട്രെച്ചബിൾ ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ സാച്ചുറേഷൻ മൊബിലിറ്റി ഏകദേശം 5.6 cm2/Vs ആണ്, 300-nm SiO2 ഒരു ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ലെയറായി കർക്കശമായ Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലെ അതേ പോളിമർ-സോർട്ടഡ് CNT ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടേതിന് സമാനമാണ്. ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത ട്യൂബ് സാന്ദ്രതയും മറ്റ് തരത്തിലുള്ള ട്യൂബുകളും (46) ഉപയോഗിച്ച് മൊബിലിറ്റിയിൽ കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ സാധ്യമാണ്.
(എ) ഗ്രാഫീൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സ്ട്രെച്ചബിൾ ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ സ്കീം. SWNT-കൾ, ഒറ്റ-ഭിത്തിയുള്ള കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ. (ബി) ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകളും (മുകളിൽ), സിഎൻടി ഇലക്‌ട്രോഡുകളും (ചുവടെ) കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ ഫോട്ടോ. സുതാര്യതയുടെ വ്യത്യാസം വ്യക്തമായി കാണാം. (C, D) സ്‌ട്രെയിന് മുമ്പ് SEBS-ൽ ഗ്രാഫീൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ കൈമാറ്റവും ഔട്ട്‌പുട്ട് കർവുകളും. (ഇ, എഫ്) ട്രാൻസ്ഫർ കർവുകൾ, ഓൺ ആൻഡ് ഓഫ് കറൻ്റ്, ഓൺ/ഓഫ് അനുപാതം, ഗ്രാഫീൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ മൊബിലിറ്റി എന്നിവ വ്യത്യസ്ത സ്‌ട്രെയിനുകളിൽ.
സുതാര്യമായ, ഓൾ-കാർബൺ ഉപകരണം ചാർജ് ട്രാൻസ്പോർട്ട് ദിശയ്ക്ക് സമാന്തരമായ ദിശയിൽ നീട്ടിയപ്പോൾ, 120% സ്ട്രെയിൻ വരെ കുറഞ്ഞ ഡീഗ്രേഡേഷൻ നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. സ്ട്രെച്ചിംഗ് സമയത്ത്, മൊബിലിറ്റി തുടർച്ചയായി 5.6 cm2/Vs ൽ നിന്ന് 0% സ്‌ട്രെയിനിൽ 2.5 cm2/ Vs ആയി 120% സ്‌ട്രെയിനിൽ കുറഞ്ഞു (ചിത്രം 5F). വ്യത്യസ്ത ചാനൽ ദൈർഘ്യങ്ങൾക്കായുള്ള ട്രാൻസിസ്റ്റർ പ്രകടനവും ഞങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്തു (പട്ടിക S1 കാണുക). ശ്രദ്ധേയമായി, 105% വരെ വലിയ സമ്മർദ്ദത്തിൽ, ഈ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളെല്ലാം ഇപ്പോഴും ഉയർന്ന ഓൺ/ഓഫ് അനുപാതവും (>103) മൊബിലിറ്റിയും (>3 cm2/Vs) പ്രദർശിപ്പിച്ചു. കൂടാതെ, എല്ലാ കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളിലെയും സമീപകാല പ്രവർത്തനങ്ങളെല്ലാം ഞങ്ങൾ സംഗ്രഹിച്ചു (പട്ടിക S2 കാണുക) (47-52). എലാസ്റ്റോമറുകളിൽ ഡിവൈസ് ഫാബ്രിക്കേഷൻ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെയും എംജിജികൾ കോൺടാക്റ്റുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്നതിലൂടെയും, ഞങ്ങളുടെ ഓൾ-കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ മൊബിലിറ്റിയിലും ഹിസ്റ്റെറിസിസിലും മികച്ച പ്രകടനം കാഴ്ചവയ്ക്കുന്നു, അതുപോലെ തന്നെ വളരെ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതുമാണ്.
പൂർണ്ണമായും സുതാര്യവും വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതുമായ ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ ഒരു പ്രയോഗമെന്ന നിലയിൽ, LED- ൻ്റെ സ്വിച്ചിംഗ് നിയന്ത്രിക്കാൻ ഞങ്ങൾ അത് ഉപയോഗിച്ചു (ചിത്രം 6A). ചിത്രം 6B-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, മുകളിൽ നേരിട്ട് സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന സ്ട്രെച്ചബിൾ ഓൾ-കാർബൺ ഉപകരണത്തിലൂടെ പച്ച LED വ്യക്തമായി കാണാം. ~ 100% (ചിത്രം 6, C, D) വരെ നീളുന്ന സമയത്ത്, LED ലൈറ്റ് തീവ്രത മാറില്ല, ഇത് മുകളിൽ വിവരിച്ച ട്രാൻസിസ്റ്റർ പ്രകടനവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു (സിനിമ S1 കാണുക). ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച സ്ട്രെച്ചബിൾ കൺട്രോൾ യൂണിറ്റുകളുടെ ആദ്യ റിപ്പോർട്ടാണിത്.
(എ) എൽഇഡി ഓടിക്കാൻ ഒരു ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ സർക്യൂട്ട്. GND, ഗ്രൗണ്ട്. (ബി) പച്ച എൽഇഡിക്ക് മുകളിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന 0% സ്‌ട്രെയിനിൽ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതും സുതാര്യവുമായ ഓൾ-കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ ഫോട്ടോ. (സി) എൽഇഡി സ്വിച്ചുചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഓൾ-കാർബൺ സുതാര്യവും വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതുമായ ട്രാൻസിസ്റ്റർ എൽഇഡിക്ക് മുകളിൽ 0% (ഇടത്), ~100% സ്‌ട്രെയിൻ (വലത്) എന്നിവയിൽ മൌണ്ട് ചെയ്യുന്നു. വൈറ്റ് അമ്പടയാളങ്ങൾ ഉപകരണത്തിലെ മഞ്ഞ മാർക്കറുകളായി വിരൽ ചൂണ്ടുന്നത് ദൂരത്തിൻ്റെ മാറ്റം കാണിക്കുന്നു. (D) എൽഇഡി എലാസ്റ്റോമറിലേക്ക് തള്ളിക്കൊണ്ട് നീട്ടിയ ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ സൈഡ് വ്യൂ.
ഉപസംഹാരമായി, ഞങ്ങൾ ഒരു സുതാര്യമായ ചാലക ഗ്രാഫീൻ ഘടന വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, അത് വലിയ സ്‌ട്രെയിനുകൾക്ക് കീഴിൽ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന ഇലക്‌ട്രോഡുകളായി ഉയർന്ന ചാലകത നിലനിർത്തുന്നു, സഞ്ചിത ഗ്രാഫീൻ പാളികൾക്കിടയിൽ ഗ്രാഫീൻ നാനോസ്‌ക്രോളുകൾ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നു. സാധാരണ മോണോലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകളുടെ ചാലകത പൂർണ്ണമായി നഷ്‌ടപ്പെടുന്നതുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഒരു എലാസ്റ്റോമറിലെ ഈ ദ്വി, ട്രൈലെയർ എംജിജി ഇലക്‌ട്രോഡ് ഘടനകൾക്ക് അവയുടെ 0% സ്‌ട്രെയിൻ കണ്ടക്ടിവിറ്റി യഥാക്രമം 21, 65% നിലനിർത്താൻ കഴിയും. . ഗ്രാഫീൻ സ്ക്രോളുകളുടെ അധിക ചാലക പാതകളും കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെട്ട പാളികൾ തമ്മിലുള്ള ദുർബലമായ പ്രതിപ്രവർത്തനവും സമ്മർദ്ദത്തിൻ കീഴിലുള്ള ഉയർന്ന ചാലകത സ്ഥിരതയ്ക്ക് കാരണമാകുന്നു. ഓൾ-കാർബൺ സ്ട്രെച്ചബിൾ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ഈ ഗ്രാഫീൻ ഘടന പ്രയോഗിച്ചു. ഇതുവരെ, ബക്ക്ലിംഗ് ഉപയോഗിക്കാതെ ഏറ്റവും മികച്ച സുതാര്യതയുള്ള ഗ്രാഫീൻ അധിഷ്ഠിത ട്രാൻസിസ്റ്ററാണ് ഇത്. സ്ട്രെച്ചബിൾ ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സിനായി ഗ്രാഫീൻ പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുന്നതിനാണ് നിലവിലെ പഠനം നടത്തിയതെങ്കിലും, ഈ സമീപനം മറ്റ് 2 ഡി മെറ്റീരിയലുകളിലേക്കും വലിച്ചുനീട്ടാവുന്ന 2 ഡി ഇലക്ട്രോണിക്സ് പ്രാപ്തമാക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു.
50-SCCM (മിനിറ്റിൽ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ക്യുബിക് സെൻ്റീമീറ്റർ) CH4 ഉം 20-SCCM H2 ഉം 1000°C-ൽ മുൻഗാമികളായി 0.5 mtorr എന്ന സ്ഥിരമായ മർദ്ദത്തിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്ത Cu ഫോയിലുകളിൽ (99.999%; Alfa Aesar) വലിയ ഏരിയ CVD ഗ്രാഫീൻ വളർത്തി. Cu ഫോയിലിൻ്റെ ഇരുവശവും മോണോലെയർ ഗ്രാഫീൻ കൊണ്ട് മൂടിയിരുന്നു. പിഎംഎംഎയുടെ (2000 ആർപിഎം; എ4, മൈക്രോകെം) ഒരു നേർത്ത പാളി ക്യൂ ഫോയിലിൻ്റെ ഒരു വശത്ത് സ്പിൻ-കോട്ട് ചെയ്തു, പിഎംഎംഎ / ജി / ക്യൂ ഫോയിൽ / ജി ഘടന രൂപപ്പെടുത്തി. തുടർന്ന്, മുഴുവൻ ഫിലിമും 0.1 M അമോണിയം പെർസൾഫേറ്റ് [(NH4)2S2O8] ലായനിയിൽ ഏകദേശം 2 മണിക്കൂർ മുക്കി ക്യൂ ഫോയിൽ നീക്കം ചെയ്തു. ഈ പ്രക്രിയയ്ക്കിടെ, സുരക്ഷിതമല്ലാത്ത പിൻവശത്തുള്ള ഗ്രാഫീൻ ആദ്യം ധാന്യത്തിൻ്റെ അതിരുകൾ കീറി, തുടർന്ന് ഉപരിതല പിരിമുറുക്കം കാരണം ചുരുളുകളായി ചുരുട്ടി. പിഎംഎംഎ പിന്തുണയ്ക്കുന്ന അപ്പർ ഗ്രാഫീൻ ഫിലിമിൽ സ്ക്രോളുകൾ ഘടിപ്പിച്ച് പിഎംഎംഎ/ജി/ജി സ്ക്രോളുകൾ രൂപീകരിച്ചു. ഫിലിമുകൾ പിന്നീട് പലതവണ ഡീയോണൈസ്ഡ് വെള്ളത്തിൽ കഴുകി, കർക്കശമായ SiO2/Si അല്ലെങ്കിൽ പ്ലാസ്റ്റിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് പോലുള്ള ടാർഗെറ്റ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ വെച്ചു. ഘടിപ്പിച്ച ഫിലിം അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഉണങ്ങുമ്പോൾ, പിഎംഎംഎ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി സാമ്പിൾ w തുടർച്ചയായി അസറ്റോണിലും 1:1 അസെറ്റോൺ/ഐപിഎ (ഐസോപ്രോപൈൽ ആൽക്കഹോൾ), ഐപിഎ എന്നിവയിലും 30 സെക്കൻഡ് വീതം മുക്കിവയ്ക്കുക. G/G സ്ക്രോളിൻ്റെ മറ്റൊരു പാളി അതിലേക്ക് മാറ്റുന്നതിന് മുമ്പ് കുടുങ്ങിയ വെള്ളം പൂർണ്ണമായും നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി ഫിലിമുകൾ 15 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് 100 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ ചൂടാക്കുകയോ ഒരു ശൂന്യതയിൽ ഒരു രാത്രിയിൽ സൂക്ഷിക്കുകയോ ചെയ്തു. പിഎംഎംഎ കാരിയർ ലെയറിൻ്റെ പ്രകാശന വേളയിൽ ഗ്രാഫീൻ ഫിലിം അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് വേർപെടുത്തുന്നത് ഒഴിവാക്കാനും എംജിജികളുടെ പൂർണ്ണമായ കവറേജ് ഉറപ്പാക്കാനുമാണ് ഈ നടപടി.
ഒരു ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പും (ലെയ്ക) ഒരു സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പും (1 kV; FEI) ഉപയോഗിച്ച് MGG ഘടനയുടെ രൂപഘടന നിരീക്ഷിച്ചു. ജി സ്ക്രോളുകളുടെ വിശദാംശങ്ങൾ നിരീക്ഷിക്കാൻ ടാപ്പിംഗ് മോഡിൽ ഒരു ആറ്റോമിക് ഫോഴ്സ് മൈക്രോസ്കോപ്പ് (നാനോസ്കോപ്പ് III, ഡിജിറ്റൽ ഉപകരണം) പ്രവർത്തിപ്പിച്ചു. ഒരു അൾട്രാവയലറ്റ് ദൃശ്യമാകുന്ന സ്പെക്ട്രോമീറ്റർ (Agilent Cary 6000i) ഉപയോഗിച്ച് ഫിലിം സുതാര്യത പരീക്ഷിച്ചു. സ്ട്രെയിൻ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിൻ്റെ ലംബമായ ദിശയിലായിരിക്കുമ്പോൾ, ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫിയും O2 പ്ലാസ്മയും ഗ്രാഫീൻ ഘടനകളെ സ്ട്രിപ്പുകളായി (~300 μm വീതിയും ~ 2000 μm നീളവും) പാറ്റേൺ ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിച്ചു, കൂടാതെ Au (50 nm) ഇലക്ട്രോഡുകൾ താപമായി നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്തു. നീണ്ട വശത്തിൻ്റെ രണ്ടറ്റത്തും ഷാഡോ മാസ്കുകൾ. ഗ്രാഫീൻ സ്ട്രിപ്പുകൾ ഒരു SEBS എലാസ്റ്റോമറുമായി (~2 cm വീതിയും ~5 cm നീളവും) സമ്പർക്കം പുലർത്തി, സ്ട്രിപ്പുകളുടെ നീളമുള്ള അച്ചുതണ്ട് SEBS ൻ്റെ ഹ്രസ്വ വശത്തിന് സമാന്തരമായി BOE (ബഫർഡ് ഓക്സൈഡ് etch) (HF:H2O) 1:6) ഇലക്‌ട്രിക്കൽ കോൺടാക്‌റ്റുകളായി എച്ചിംഗും യൂടെക്‌റ്റിക് ഗാലിയം ഇൻഡിയവും (EGaIn). പാരലൽ സ്‌ട്രെയിൻ ടെസ്റ്റുകൾക്കായി, പാറ്റേൺ ചെയ്യാത്ത ഗ്രാഫീൻ ഘടനകൾ (~5 × 10 മിമി) SEBS സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെട്ടു, SEBS അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ നീളമുള്ള ഭാഗത്തിന് സമാന്തരമായി നീളമുള്ള അക്ഷങ്ങൾ. രണ്ട് സാഹചര്യങ്ങളിലും, മുഴുവൻ G (G സ്ക്രോളുകളില്ലാതെ)/SEBS ഒരു മാനുവൽ ഉപകരണത്തിൽ എലാസ്റ്റോമറിൻ്റെ നീളമുള്ള വശത്ത് നീട്ടിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ സിറ്റുവിൽ, ഒരു അർദ്ധചാലക അനലൈസർ (കീത്‌ലി 4200) ഉപയോഗിച്ച് ഒരു പ്രോബ് സ്റ്റേഷനിൽ അവരുടെ പ്രതിരോധ മാറ്റങ്ങൾ ഞങ്ങൾ അളന്നു. -എസ്സിഎസ്).
ഒരു ഇലാസ്റ്റിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലെ വളരെ വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതും സുതാര്യവുമായ ഓൾ-കാർബൺ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ പോളിമർ ഡൈഇലക്‌ട്രിക്കിൻ്റെയും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൻ്റെയും ഓർഗാനിക് ലായക കേടുപാടുകൾ ഒഴിവാക്കാൻ ഇനിപ്പറയുന്ന നടപടിക്രമങ്ങളാൽ നിർമ്മിച്ചതാണ്. MGG ഘടനകൾ SEBS-ലേക്ക് ഗേറ്റ് ഇലക്ട്രോഡുകളായി മാറ്റി. ഒരു യൂണിഫോം നേർത്ത-ഫിലിം പോളിമർ ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ലെയർ (2 μm കനം) ലഭിക്കുന്നതിന്, ഒരു SEBS ടോലുയിൻ (80 mg/ml) ലായനി 1 മിനിറ്റ് നേരത്തേക്ക് 1000 rpm-ൽ 1000 rpm-ൽ പരിഷ്‌ക്കരിച്ച SiO2/Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ഒക്ടാഡെസൈൽട്രിക്ലോറോസിലേൻ (OTS)-ൽ സ്പിൻ-കോട്ട് ചെയ്തു. മെലിഞ്ഞ വൈദ്യുത ഫിലിം ഹൈഡ്രോഫോബിക് OTS പ്രതലത്തിൽ നിന്ന് തയ്യാറാക്കിയ ഗ്രാഫീൻ കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ SEBS അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് എളുപ്പത്തിൽ കൈമാറാൻ കഴിയും. ഒരു എൽസിആർ (ഇൻഡക്‌ടൻസ്, കപ്പാസിറ്റൻസ്, റെസിസ്റ്റൻസ്) മീറ്റർ (എജിലൻ്റ്) ഉപയോഗിച്ച് സ്‌ട്രെയിനിൻ്റെ പ്രവർത്തനമായി കപ്പാസിറ്റൻസ് നിർണ്ണയിക്കാൻ ഒരു ലിക്വിഡ്-മെറ്റൽ (ഇഗെയ്ൻ; സിഗ്മ-ആൽഡ്രിക്) ടോപ്പ് ഇലക്‌ട്രോഡ് നിക്ഷേപിച്ച് ഒരു കപ്പാസിറ്റർ നിർമ്മിക്കാം. ട്രാൻസിസ്റ്ററിൻ്റെ മറ്റൊരു ഭാഗം, മുമ്പ് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്ത നടപടിക്രമങ്ങൾ പാലിച്ച്, പോളിമർ-സോർട്ടഡ് അർദ്ധചാലക CNT-കൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു (53). പാറ്റേൺ ചെയ്‌ത ഉറവിടം/ഡ്രെയിൻ ഇലക്‌ട്രോഡുകൾ കർക്കശമായ SiO2/Si അടിവസ്‌ത്രങ്ങളിലാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. തുടർന്ന്, രണ്ട് ഭാഗങ്ങൾ, ഡൈഇലക്‌ട്രിക്/ജി/എസ്ഇബിഎസ്, സിഎൻടികൾ/പാറ്റേൺഡ് ജി/സിഒ2/എസ്ഐ എന്നിവ പരസ്പരം ലാമിനേറ്റ് ചെയ്തു, കർക്കശമായ SiO2/Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി BOE-യിൽ കുതിർത്തു. അങ്ങനെ, പൂർണ്ണമായും സുതാര്യവും വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതുമായ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടു. മേൽപ്പറഞ്ഞ രീതി പോലെ ഒരു മാനുവൽ സ്ട്രെച്ചിംഗ് സജ്ജീകരണത്തിലാണ് സമ്മർദ്ദത്തിൻ കീഴിലുള്ള ഇലക്ട്രിക്കൽ ടെസ്റ്റിംഗ് നടത്തിയത്.
ഈ ലേഖനത്തിനായുള്ള അനുബന്ധ സാമഗ്രികൾ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 എന്നതിൽ ലഭ്യമാണ്
അത്തിപ്പഴം. S1. വിവിധ മാഗ്‌നിഫിക്കേഷനുകളിൽ SiO2/Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലെ മോണോലെയർ എംജിജിയുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പി ചിത്രങ്ങൾ.
അത്തിപ്പഴം. S4. മോണോ-, ബൈ-, ട്രൈലെയർ പ്ലെയിൻ ഗ്രാഫീൻ (കറുത്ത ചതുരങ്ങൾ), MGG (ചുവപ്പ് വൃത്തങ്ങൾ), CNT (നീല ത്രികോണം) എന്നിവയുടെ @550 nm രണ്ട്-പ്രോബ് ഷീറ്റ് റെസിസ്റ്റൻസുകളുടെയും ട്രാൻസ്മിറ്റൻസുകളുടെയും താരതമ്യം.
അത്തിപ്പഴം. S7. ~1000 ചാക്രിക സ്‌ട്രെയിനിൽ യഥാക്രമം 40, 90% പാരലൽ സ്‌ട്രെയിൻ വരെ ലോഡ് ചെയ്യുന്ന മോണോ-, ബൈലെയർ എംജിജികളുടെ (കറുപ്പ്), ജി (ചുവപ്പ്) എന്നിവയുടെ സാധാരണ പ്രതിരോധ മാറ്റം.
അത്തിപ്പഴം. S10. സ്‌ട്രെയിന് ശേഷം SEBS എലാസ്റ്റോമറിൽ MGG എന്ന ട്രൈലെയർ SEM ഇമേജ്, നിരവധി വിള്ളലുകൾക്ക് മുകളിലൂടെ ഒരു നീണ്ട സ്ക്രോൾ ക്രോസ് കാണിക്കുന്നു.
അത്തിപ്പഴം. S12. 20% സ്ട്രെയിനിൽ വളരെ നേർത്ത SEBS എലാസ്റ്റോമറിൽ MGG എന്ന ട്രൈലെയർ AFM ചിത്രം, ഒരു സ്ക്രോൾ ഒരു വിള്ളലിന് മുകളിലൂടെ കടന്നുവെന്ന് കാണിക്കുന്നു.
പട്ടിക S1. പിരിമുറുക്കത്തിന് മുമ്പും ശേഷവും വ്യത്യസ്ത ചാനൽ ദൈർഘ്യത്തിലുള്ള ബൈലെയർ എംജിജി–ഒറ്റഭിത്തിയുള്ള കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളുടെ മൊബിലിറ്റികൾ.
ക്രിയേറ്റീവ് കോമൺസ് ആട്രിബ്യൂഷൻ-നോൺ-കൊമേഴ്‌സ്യൽ ലൈസൻസിൻ്റെ നിബന്ധനകൾക്ക് കീഴിൽ വിതരണം ചെയ്യുന്ന ഒരു ഓപ്പൺ-ആക്‌സസ് ലേഖനമാണിത്, ഏത് മാധ്യമത്തിലും ഉപയോഗവും വിതരണവും പുനർനിർമ്മാണവും അനുവദിക്കുന്നു, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഉപയോഗം വാണിജ്യപരമായ നേട്ടത്തിന് വേണ്ടിയല്ല, യഥാർത്ഥ സൃഷ്ടി ശരിയായിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ. ഉദ്ധരിച്ചു.
ശ്രദ്ധിക്കുക: ഞങ്ങൾ നിങ്ങളുടെ ഇമെയിൽ വിലാസം മാത്രം അഭ്യർത്ഥിക്കുന്നു, അതുവഴി നിങ്ങൾ പേജ് ശുപാർശ ചെയ്യുന്ന വ്യക്തിക്ക് അവർ അത് കാണണമെന്ന് നിങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നുവെന്നും അത് ജങ്ക് മെയിലല്ലെന്നും മനസ്സിലാക്കും. ഞങ്ങൾ ഒരു ഇമെയിൽ വിലാസവും ക്യാപ്‌ചർ ചെയ്യുന്നില്ല.
നിങ്ങൾ ഒരു മനുഷ്യ സന്ദർശകനാണോ അല്ലയോ എന്ന് പരിശോധിക്കുന്നതിനും സ്വയമേവയുള്ള സ്പാം സമർപ്പിക്കലുകൾ തടയുന്നതിനുമുള്ളതാണ് ഈ ചോദ്യം.
നാൻ ലിയു, അലക്സ് ചോർട്ടോസ്, ടിംഗ് ലീ, ലിഹുവ ജിൻ, താഹോ റോയ് കിം, വോൻ-ഗ്യു ബേ, ചെൻക്സിൻ ഷു, സിഹോങ് വാങ്, റാഫേൽ ഫാറ്റ്നർ, സിയുവാൻ ചെൻ, റോബർട്ട് സിൻക്ലെയർ, ഷെനാൻ ബാവോ
നാൻ ലിയു, അലക്സ് ചോർട്ടോസ്, ടിംഗ് ലീ, ലിഹുവ ജിൻ, താഹോ റോയ് കിം, വോൻ-ഗ്യു ബേ, ചെൻക്സിൻ ഷു, സിഹോങ് വാങ്, റാഫേൽ ഫാറ്റ്നർ, സിയുവാൻ ചെൻ, റോബർട്ട് സിൻക്ലെയർ, ഷെനാൻ ബാവോ
© 2021 അമേരിക്കൻ അസോസിയേഷൻ ഫോർ ദി അഡ്വാൻസ്‌മെൻ്റ് ഓഫ് സയൻസ്. എല്ലാ അവകാശങ്ങളും നിക്ഷിപ്തം. HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef, COUNTER എന്നിവയുടെ പങ്കാളിയാണ് AAAS. സയൻസ് അഡ്വാൻസസ് ISSN 2375-2548.