अल्ट्राट्रांसपेरेंट और स्ट्रेचेबल ग्राफीन इलेक्ट्रोड

दो-आयामी सामग्री, जैसे कि ग्राफीन, पारंपरिक अर्धचालक अनुप्रयोगों और लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स में नवजात अनुप्रयोगों दोनों के लिए आकर्षक हैं।हालांकि, ग्राफीन की उच्च तन्यता ताकत कम तनाव में फ्रैक्चरिंग का परिणाम है, जिससे स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स में इसके असाधारण इलेक्ट्रॉनिक गुणों का लाभ उठाना चुनौतीपूर्ण हो जाता है।पारदर्शी ग्राफीन कंडक्टरों के उत्कृष्ट तनाव-निर्भर प्रदर्शन को सक्षम करने के लिए, हमने स्टैक्ड ग्राफीन परतों के बीच ग्राफीन नैनोस्क्रॉल बनाए, जिन्हें मल्टीलेयर ग्राफीन / ग्राफीन स्क्रॉल (एमजीजी) कहा जाता है।तनाव के तहत, कुछ स्क्रॉल ने एक पेरकोलेटिंग नेटवर्क को बनाए रखने के लिए ग्राफीन के खंडित डोमेन को पाट दिया जो उच्च उपभेदों पर उत्कृष्ट चालकता को सक्षम करता है।इलास्टोमर्स पर समर्थित ट्रिलेयर एमजीजी ने अपने मूल प्रवाहकत्त्व के 65% को 100% तनाव पर बनाए रखा, जो कि वर्तमान प्रवाह की दिशा के लंबवत है, जबकि नैनोस्क्रॉल के बिना ग्रेफीन की ट्रिलेयर फिल्मों ने अपने शुरुआती प्रवाहकत्त्व का केवल 25% ही बरकरार रखा।इलेक्ट्रोड के रूप में MGGs का उपयोग करके निर्मित एक स्ट्रेचेबल ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर ने> 90% का संप्रेषण प्रदर्शित किया और अपने मूल वर्तमान आउटपुट का 60% 120% स्ट्रेन (चार्ज ट्रांसपोर्ट की दिशा के समानांतर) पर बनाए रखा।ये अत्यधिक स्ट्रेचेबल और पारदर्शी ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर परिष्कृत स्ट्रेचेबल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स को सक्षम कर सकते हैं।
स्ट्रेचेबल ट्रांसपेरेंट इलेक्ट्रॉनिक्स एक बढ़ता हुआ क्षेत्र है जिसमें उन्नत बायोइंटीग्रेटेड सिस्टम (1, 2) में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं और साथ ही परिष्कृत सॉफ्ट रोबोटिक्स और डिस्प्ले का उत्पादन करने के लिए स्ट्रेचेबल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स (3, 4) के साथ एकीकृत करने की क्षमता है।ग्राफीन परमाणु मोटाई, उच्च पारदर्शिता और उच्च चालकता के अत्यधिक वांछनीय गुणों को प्रदर्शित करता है, लेकिन स्ट्रेचेबल अनुप्रयोगों में इसके कार्यान्वयन को छोटे उपभेदों में दरार करने की प्रवृत्ति से बाधित किया गया है।ग्राफीन की यांत्रिक सीमाओं पर काबू पाने से स्ट्रेचेबल पारदर्शी उपकरणों में नई कार्यक्षमता को सक्षम किया जा सकता है।
ग्राफीन के अनूठे गुण इसे अगली पीढ़ी के पारदर्शी प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड (5, 6) के लिए एक मजबूत उम्मीदवार बनाते हैं।सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले पारदर्शी कंडक्टर की तुलना में, इंडियम टिन ऑक्साइड [आईटीओ;100 ओम/वर्ग (वर्ग) 90% पारदर्शिता पर], रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) द्वारा उगाए गए मोनोलेयर ग्राफीन में शीट प्रतिरोध (125 ओम/वर्ग) और पारदर्शिता (97.4%) (5) का एक समान संयोजन होता है।इसके अलावा, ग्राफीन फिल्मों में आईटीओ (7) की तुलना में असाधारण लचीलापन होता है।उदाहरण के लिए, एक प्लास्टिक सब्सट्रेट पर, इसके चालकता को वक्रता के झुकने वाले त्रिज्या के लिए भी 0.8 मिमी (8) तक बनाए रखा जा सकता है।एक पारदर्शी लचीले कंडक्टर के रूप में अपने विद्युत प्रदर्शन को और बढ़ाने के लिए, पिछले कार्यों ने एक-आयामी (1 डी) चांदी के नैनोवायर या कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) (9-11) के साथ ग्रैफेन हाइब्रिड सामग्री विकसित की है।इसके अलावा, मिश्रित आयामी हेटरोस्ट्रक्चरल सेमीकंडक्टर्स (जैसे 2 डी बल्क सी, 1 डी नैनोवायर / नैनोट्यूब, और 0 डी क्वांटम डॉट्स) (12), लचीले ट्रांजिस्टर, सौर सेल और प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) के लिए ग्रैफेन का उपयोग इलेक्ट्रोड के रूप में किया गया है। -23)।
हालांकि ग्राफीन ने लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आशाजनक परिणाम दिखाए हैं, लेकिन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स में इसका अनुप्रयोग इसके यांत्रिक गुणों (17, 24, 25) द्वारा सीमित किया गया है;ग्रैफीन में 340 एन/एम की इन-प्लेन कठोरता और 0.5 टीपीए (26) का यंग मापांक होता है।मजबूत कार्बन-कार्बन नेटवर्क लागू तनाव के लिए कोई ऊर्जा अपव्यय तंत्र प्रदान नहीं करता है और इसलिए 5% से कम तनाव पर आसानी से दरार करता है।उदाहरण के लिए, पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएमएस) लोचदार सब्सट्रेट पर स्थानांतरित सीवीडी ग्राफीन केवल 6% से कम तनाव (8) पर अपनी चालकता बनाए रख सकता है।सैद्धांतिक गणना से पता चलता है कि अलग-अलग परतों के बीच सिकुड़न और परस्पर क्रिया से कठोरता (26) में भारी कमी आनी चाहिए।ग्राफीन को कई परतों में ढेर करके, यह बताया गया है कि यह द्वि- या ट्रिलेयर ग्राफीन 30% तनाव तक फैला हुआ है, जो मोनोलेयर ग्राफीन (27) की तुलना में 13 गुना छोटा प्रतिरोध परिवर्तन प्रदर्शित करता है।हालांकि, यह स्ट्रेचेबिलिटी अभी भी अत्याधुनिक स्ट्रेचेबल सी ओन्डक्टर्स (28, 29) से काफी कम है।
स्ट्रेचेबल अनुप्रयोगों में ट्रांजिस्टर महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे परिष्कृत सेंसर रीडआउट और सिग्नल विश्लेषण (30, 31) को सक्षम करते हैं।स्रोत / नाली इलेक्ट्रोड और चैनल सामग्री के रूप में बहुपरत ग्राफीन के साथ PDMS पर ट्रांजिस्टर 5% तनाव (32) तक विद्युत कार्य को बनाए रख सकते हैं, जो पहनने योग्य स्वास्थ्य-निगरानी सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक त्वचा के लिए न्यूनतम आवश्यक मूल्य (~ 50%) से काफी कम है। 33, 34)।हाल ही में, एक ग्राफीन किरिगामी दृष्टिकोण का पता लगाया गया है, और एक तरल इलेक्ट्रोलाइट द्वारा गेट किए गए ट्रांजिस्टर को 240% (35) तक बढ़ाया जा सकता है।हालांकि, इस विधि के लिए निलंबित ग्राफीन की आवश्यकता होती है, जो निर्माण प्रक्रिया को जटिल बनाता है।
यहां, हम ग्राफीन परतों के बीच ग्राफीन स्क्रॉल (~ 1 से 20 माइक्रोन लंबा, ~ 0.1 से 1 माइक्रोन चौड़ा, और ~ 10 से 100 एनएम ऊंचा) को जोड़कर अत्यधिक स्ट्रेचेबल ग्राफीन डिवाइस प्राप्त करते हैं।हम अनुमान लगाते हैं कि ये ग्राफीन स्क्रॉल ग्राफीन शीट में दरारें पाटने के लिए प्रवाहकीय मार्ग प्रदान कर सकते हैं, इस प्रकार तनाव के तहत उच्च चालकता बनाए रखते हैं।ग्राफीन स्क्रॉल को अतिरिक्त संश्लेषण या प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं होती है;वे गीले स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान स्वाभाविक रूप से बनते हैं।मल्टीलेयर जी/जी (ग्राफीन/ग्राफीन) स्क्रॉल (एमजीजी) ग्राफीन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोड (स्रोत/ड्रेन और गेट) और सेमीकंडक्टिंग सीएनटी का उपयोग करके, हम अत्यधिक पारदर्शी और अत्यधिक स्ट्रेचेबल ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर प्रदर्शित करने में सक्षम थे, जिसे 120 तक बढ़ाया जा सकता है। % स्ट्रेन (चार्ज ट्रांसपोर्ट की दिशा के समानांतर) और अपने मूल वर्तमान आउटपुट का 60% बनाए रखें।यह अब तक का सबसे फैला हुआ पारदर्शी कार्बन-आधारित ट्रांजिस्टर है, और यह एक अकार्बनिक एलईडी को चलाने के लिए पर्याप्त करंट प्रदान करता है।
बड़े क्षेत्र के पारदर्शी स्ट्रेचेबल ग्राफीन इलेक्ट्रोड को सक्षम करने के लिए, हमने Cu पन्नी पर CVD- विकसित ग्राफीन को चुना।Cu पन्नी को CVD क्वार्ट्ज ट्यूब के केंद्र में निलंबित कर दिया गया था ताकि G/Cu/G संरचनाओं का निर्माण करते हुए दोनों तरफ ग्राफीन की वृद्धि हो सके।ग्राफीन को स्थानांतरित करने के लिए, हमने पहले ग्राफीन के एक तरफ की रक्षा के लिए पॉली (मिथाइल मेथैक्रिलेट) (पीएमएमए) की एक पतली परत को स्पिन-लेपित किया, जिसे हमने टॉपसाइड ग्राफीन (ग्राफीन के दूसरे पक्ष के लिए इसके विपरीत) नाम दिया, और बाद में, पूरी फिल्म (पीएमएमए/टॉप ग्राफीन/क्यूयू/बॉटम ग्राफीन) को (एनएच4)2एस2ओ8 घोल में भिगोया गया ताकि क्यू फॉयल को हटाया जा सके।पीएमएमए कोटिंग के बिना नीचे की ओर ग्राफीन में अनिवार्य रूप से दरारें और दोष होंगे जो एक वगैरह को (36, 37) के माध्यम से घुसने की अनुमति देते हैं।जैसा कि चित्र 1ए में दिखाया गया है, सतह के तनाव के प्रभाव में, जारी किए गए ग्राफीन डोमेन स्क्रॉल में लुढ़क गए और बाद में शेष टॉप-जी / पीएमएमए फिल्म पर संलग्न हो गए।टॉप-जी/जी स्क्रॉल को किसी भी सब्सट्रेट, जैसे SiO2/Si, ग्लास, या सॉफ्ट पॉलीमर पर स्थानांतरित किया जा सकता है।इस स्थानांतरण प्रक्रिया को एक ही सब्सट्रेट पर कई बार दोहराने से MGG संरचनाएं मिलती हैं।
(ए) एक स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोड के रूप में एमजीजी के लिए निर्माण प्रक्रिया का योजनाबद्ध चित्रण।ग्राफीन स्थानांतरण के दौरान, Cu पन्नी पर बैकसाइड ग्रैफीन सीमाओं और दोषों पर टूट गया था, मनमाने आकार में लुढ़का हुआ था, और ऊपरी फिल्मों पर कसकर जुड़ा हुआ था, जिससे नैनोस्क्रॉल बनते थे।चौथा कार्टून स्टैक्ड MGG संरचना को दर्शाता है।(बी और सी) एक मोनोलेयर एमजीजी के उच्च-रिज़ॉल्यूशन टीईएम लक्षण वर्णन, क्रमशः मोनोलेयर ग्राफीन (बी) और स्क्रॉल (सी) क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित करते हैं।इनसेट (बी) एक कम आवर्धन छवि है जो टीईएम ग्रिड पर मोनोलेयर एमजीजी की समग्र आकृति विज्ञान दिखा रहा है।(सी) के इनसेट छवि में इंगित आयताकार बक्से के साथ ली गई तीव्रता प्रोफाइल हैं, जहां परमाणु विमानों के बीच की दूरी 0.34 और 0.41 एनएम है।(डी) कार्बन के-एज ईईएल स्पेक्ट्रम की विशेषता ग्रेफाइटिक * और σ* चोटियों को लेबल किया गया है।(ई) मोनोलेयर जी/जी की अनुभागीय एएफएम छवि पीली बिंदीदार रेखा के साथ एक ऊंचाई प्रोफ़ाइल के साथ स्क्रॉल करती है।(एफ टू आई) ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी और एएफएम इमेज एस ट्रिलेयर जी के बिना (एफ और एच) और स्क्रॉल (जी और आई) के साथ क्रमशः 300-एनएम-मोटी SiO2/Si सबस्ट्रेट्स पर।उनके मतभेदों को उजागर करने के लिए प्रतिनिधि स्क्रॉल और झुर्रियों को लेबल किया गया था।
यह सत्यापित करने के लिए कि स्क्रॉल प्रकृति में ग्राफीन लुढ़का हुआ है, हमने मोनोलेयर टॉप-जी / जी स्क्रॉल संरचनाओं पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि (ईईएल) स्पेक्ट्रोस्कोपी अध्ययन किए।चित्रा 1बी एक मोनोलेयर ग्राफीन की हेक्सागोनल संरचना को दर्शाता है, और इनसेट टीईएम ग्रिड के एकल कार्बन छेद पर कवर की गई फिल्म का एक समग्र आकारिकी है।मोनोलेयर ग्राफीन अधिकांश ग्रिड में फैला हुआ है, और हेक्सागोनल रिंगों के कई ढेर की उपस्थिति में कुछ ग्राफीन फ्लेक्स दिखाई देते हैं (चित्र 1 बी)।एक व्यक्तिगत स्क्रॉल (चित्र। 1C) में ज़ूम करके, हमने 0.34 से 0.41 एनएम की सीमा में जाली रिक्ति के साथ, बड़ी मात्रा में ग्राफीन जाली फ्रिंज का अवलोकन किया।इन मापों से पता चलता है कि गुच्छे बेतरतीब ढंग से लुढ़के हुए हैं और सही ग्रेफाइट नहीं हैं, जिसमें "एबीएबी" परत स्टैकिंग में 0.34 एनएम की जाली का अंतर है।चित्रा 1डी कार्बन के-एज ईईएल स्पेक्ट्रम को दर्शाता है, जहां 285 ईवी पर शिखर π* कक्षीय से उत्पन्न होता है और दूसरा 290 ईवी के आसपास σ* कक्षीय के संक्रमण के कारण होता है।यह देखा जा सकता है कि इस संरचना में sp2 बॉन्डिंग हावी है, यह सत्यापित करते हुए कि स्क्रॉल अत्यधिक ग्रेफाइटिक हैं।
ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) छवियां एमजीजी (छवि 1, ई से जी, और अंजीर। एस 1 और एस 2) में ग्रैफेन नैनोस्क्रॉल के वितरण में अंतर्दृष्टि प्रदान करती हैं।स्क्रॉल को सतह पर बेतरतीब ढंग से वितरित किया जाता है, और उनका इन-प्लेन घनत्व स्टैक्ड परतों की संख्या के अनुपात में बढ़ता है।कई स्क्रॉल गांठों में उलझ जाते हैं और 10 से 100 एनएम की सीमा में गैर-समान ऊंचाइयों को प्रदर्शित करते हैं।वे 1 से 20 माइक्रोन लंबे और 0.1 से 1 माइक्रोन चौड़े होते हैं, जो उनके प्रारंभिक ग्राफीन फ्लेक्स के आकार पर निर्भर करता है।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 1 (एच और आई), स्क्रॉल में झुर्रियों की तुलना में काफी बड़े आकार होते हैं, जिससे ग्राफीन परतों के बीच बहुत अधिक मोटा इंटरफ़ेस होता है।
विद्युत गुणों को मापने के लिए, हमने फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके 300-माइक्रोन-चौड़े और 2000-माइक्रोन-लंबी स्ट्रिप्स में स्क्रॉल संरचनाओं और परत स्टैकिंग के साथ या बिना ग्राफीन फिल्मों को पैटर्न दिया।तनाव के एक समारोह के रूप में दो-जांच प्रतिरोधों को परिवेशी परिस्थितियों में मापा गया।स्क्रॉल की उपस्थिति ने मोनोलेयर ग्रेफीन के लिए प्रतिरोधकता को 80% तक कम कर दिया, साथ ही संप्रेषण में केवल 2.2% की कमी (अंजीर। S4)।यह पुष्टि करता है कि नैनोस्क्रॉल, जिनमें 5 × 107 ए/सेमी 2 (38, 39) तक उच्च वर्तमान घनत्व है, एमजीजी में एक बहुत ही सकारात्मक विद्युत योगदान करते हैं।सभी मोनो-, द्वि-, और ट्राइलेयर प्लेन ग्रेफीन और एमजीजी के बीच, ट्रिलेयर एमजीजी में लगभग 90% की पारदर्शिता के साथ सबसे अच्छा चालन है।साहित्य में रिपोर्ट किए गए ग्राफीन के अन्य स्रोतों के साथ तुलना करने के लिए, हमने चार-जांच शीट प्रतिरोधों (अंजीर। S5) को भी मापा और उन्हें चित्र 2A में 550 एनएम (अंजीर। S6) पर संप्रेषण के कार्य के रूप में सूचीबद्ध किया।MGG कृत्रिम रूप से स्टैक्ड मल्टीला यार प्लेन ग्राफीन और रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड (RGO) (6, 8, 18) की तुलना में तुलनीय या उच्च चालकता और पारदर्शिता दिखाता है।ध्यान दें कि साहित्य से कृत्रिम रूप से खड़ी बहुपरत सादे ग्राफीन की शीट प्रतिरोध हमारे एमजीजी की तुलना में थोड़ा अधिक है, शायद उनकी अडॉप्टिमाइज्ड विकास स्थितियों और स्थानांतरण विधि कारण।
(ए) कई प्रकार के ग्राफीन के लिए 550 एनएम पर चार-जांच शीट प्रतिरोध बनाम संप्रेषण, जहां काले वर्ग मोनो-, द्वि- और त्रयी एमजीजी को दर्शाते हैं;लाल घेरे और नीले त्रिकोण ली एट अल के अध्ययन से Cu और Ni पर उगाए गए बहुपरत सादे ग्राफीन के अनुरूप हैं।(6) और किम एट अल।(8), क्रमशः, और बाद में SiO2/Si या क्वार्ट्ज पर स्थानांतरित;और हरे त्रिकोण बोनाकोर्सो एट अल के अध्ययन से अलग-अलग कम करने वाली डिग्री पर आरजीओ के लिए मूल्य हैं।(18)।(बी और सी) वर्तमान प्रवाह की दिशा में लंबवत (बी) और समानांतर (सी) तनाव के एक समारोह के रूप में मोनो-, द्वि- और ट्राइलेयर एमजीजी और जी के सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन।(डी) बाइलेयर जी (लाल) और एमजीजी (काला) का सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन चक्रीय तनाव के तहत 50% लंबवत तनाव तक लोड हो रहा है।(ई) ट्राइलेयर जी (लाल) और एमजीजी (काला) का सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन चक्रीय तनाव के तहत 90% समानांतर तनाव तक लोड हो रहा है।( एफ ) तनाव के कार्य के रूप में मोनो-, द्वि- और त्रिस्तरीय जी और द्वि- और त्रिस्तरीय एमजीजी के सामान्यीकृत समाई परिवर्तन।इनसेट संधारित्र संरचना है, जहां बहुलक सब्सट्रेट एसईबीएस है और बहुलक ढांकता हुआ परत 2-माइक्रोन-मोटी एसईबीएस है।
एमजीजी के तनाव-निर्भर प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए, हमने थर्मोप्लास्टिक इलास्टोमेर स्टाइरीन-एथिलीन-ब्यूटाडीन-स्टाइरीन (एसईबीएस) सबस्ट्रेट्स (~ 2 सेमी चौड़ा और ~ 5 सेमी लंबा) पर ग्राफीन को स्थानांतरित किया, और चालकता को सब्सट्रेट के रूप में मापा गया। (सामग्री और तरीके देखें) धारा प्रवाह की दिशा के लंबवत और समानांतर दोनों (चित्र 2, बी और सी)।नैनोस्क्रॉल को शामिल करने और ग्राफीन परतों की बढ़ती संख्या के साथ तनाव-निर्भर विद्युत व्यवहार में सुधार हुआ।उदाहरण के लिए, जब तनाव वर्तमान प्रवाह के लंबवत होता है, तो मोनोलेयर ग्राफीन के लिए, स्क्रॉल के अलावा विद्युत टूटने पर तनाव 5 से 70% तक बढ़ जाता है।मोनोलेयर ग्राफीन की तुलना में ट्रिलेयर ग्राफीन की तनाव सहिष्णुता में भी काफी सुधार होता है।नैनोस्क्रॉल के साथ, 100% लंबवत तनाव पर, ट्रिलेयर एमजीजी संरचना का प्रतिरोध केवल 50% की वृद्धि हुई, जबकि स्क्रॉल के बिना ट्रिलेयर ग्राफीन के लिए 300% की तुलना में।साइक्लिक स्ट्रेन लोडिंग के तहत प्रतिरोध परिवर्तन की जांच की गई।तुलना के लिए (चित्र 2डी), एक सादे बाइलेयर ग्राफीन फिल्म के प्रतिरोध में ~700 चक्रों के बाद 50% लंबवत तनाव पर लगभग 7.5 गुना वृद्धि हुई और प्रत्येक चक्र में तनाव के साथ बढ़ती रही।दूसरी ओर, ~700 चक्रों के बाद एक बाइलेयर MGG का प्रतिरोध केवल 2.5 गुना बढ़ा।समानांतर दिशा में 90% तक स्ट्रेन लगाने से, ट्रिलेयर ग्रेफीन का प्रतिरोध 1000 चक्रों के बाद ~ 100 गुना बढ़ गया, जबकि ट्राइलेयर MGG (चित्र 2E) में यह केवल ~ 8 गुना है।साइकिल चलाने के परिणाम अंजीर में दिखाए गए हैं।एस7.समानांतर तनाव दिशा के साथ प्रतिरोध में अपेक्षाकृत तेज वृद्धि इसलिए है क्योंकि दरारों का उन्मुखीकरण वर्तमान प्रवाह की दिशा के लंबवत है।लोडिंग और अनलोडिंग स्ट्रेन के दौरान प्रतिरोध का विचलन एसईबीएस इलास्टोमेर सब्सट्रेट की विस्कोलेस्टिक रिकवरी के कारण होता है।साइकिल चलाने के दौरान एमजीजी स्ट्रिप्स का अधिक स्थिर प्रतिरोध बड़े स्क्रॉल की उपस्थिति के कारण होता है जो ग्राफीन के टूटे हुए हिस्सों को पाट सकता है (जैसा कि एएफएम द्वारा देखा गया है), एक रिसने वाले मार्ग को बनाए रखने में मदद करता है।इलास्टोमेर सबस्ट्रेट्स (40, 41) पर फटा धातु या अर्धचालक फिल्मों के लिए एक छिद्रित मार्ग द्वारा चालकता बनाए रखने की यह घटना पहले बताई गई है।
स्ट्रेचेबल उपकरणों में गेट इलेक्ट्रोड के रूप में इन ग्राफीन-आधारित फिल्मों का मूल्यांकन करने के लिए, हमने ग्राफीन परत को एक SEBS ढांकता हुआ परत (2 माइक्रोन मोटी) के साथ कवर किया और तनाव के एक समारोह के रूप में ढांकता हुआ समाई परिवर्तन की निगरानी की (चित्र 2F और पूरक सामग्री देखें। विवरण)।हमने देखा कि ग्राफीन की इन-प्लेन चालकता के नुकसान के कारण सादे मोनोलेयर और बिलीयर ग्राफीन इलेक्ट्रोड के साथ समाई जल्दी कम हो गई।इसके विपरीत, MGGs के साथ-साथ प्लेन ट्रिलेयर ग्राफीन द्वारा गेटेड कैपेसिटेंस ने स्ट्रेन के साथ कैपेसिटेंस में वृद्धि दिखाई, जो कि स्ट्रेन के साथ ढांकता हुआ मोटाई में कमी के कारण अपेक्षित है।कैपेसिटेंस में अपेक्षित वृद्धि MGG संरचना (अंजीर। S8) के साथ बहुत अच्छी तरह से मेल खाती है।यह इंगित करता है कि एमजीजी स्ट्रेचेबल ट्रांजिस्टर के लिए गेट इलेक्ट्रोड के रूप में उपयुक्त है।
विद्युत चालकता के तनाव सहिष्णुता पर 1 डी ग्राफीन स्क्रॉल की भूमिका की जांच करने और ग्राफीन परतों के बीच अलगाव को बेहतर ढंग से नियंत्रित करने के लिए, हमने ग्राफीन स्क्रॉल को बदलने के लिए स्प्रे-लेपित सीएनटी का उपयोग किया (पूरक सामग्री देखें)।MGG संरचनाओं की नकल करने के लिए, हमने CNTs के तीन घनत्व (यानी, CNT1 .) जमा किए
(ए से सी) सीएनटी के तीन अलग-अलग घनत्वों की एएफएम छवियां (सीएनटी1
स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए इलेक्ट्रोड के रूप में उनकी क्षमता को और समझने के लिए, हमने तनाव के तहत MGG और G-CNT-G के आकारिकी की व्यवस्थित रूप से जांच की।ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) प्रभावी लक्षण वर्णन विधियां नहीं हैं क्योंकि दोनों में रंग विपरीतता की कमी है और एसईएम इलेक्ट्रॉन स्कैनिंग के दौरान छवि कलाकृतियों के अधीन है जब ग्रैफेन बहुलक सब्सट्रेट्स (अंजीर। एस 9 और एस 10) पर होता है।तनाव के तहत ग्राफीन की सतह को सीटू में देखने के लिए, हमने बहुत पतले (~ 0.1 मिमी मोटी) और लोचदार एसईबीएस सबस्ट्रेट्स पर स्थानांतरित करने के बाद ट्राइलेयर एमजीजी और सादे ग्राफीन पर एएफएम माप एकत्र किए।सीवीडी ग्राफीन में आंतरिक दोषों और स्थानांतरण प्रक्रिया के दौरान बाहरी क्षति के कारण, तनावपूर्ण ग्राफीन पर दरारें अनिवार्य रूप से उत्पन्न होती हैं, और बढ़ते तनाव के साथ, दरारें सघन हो जाती हैं (चित्र 4, ए से डी)।कार्बन-आधारित इलेक्ट्रोड की स्टैकिंग संरचना के आधार पर, दरारें विभिन्न आकारिकी (अंजीर। S11) (27) प्रदर्शित करती हैं।बहुपरत ग्राफीन का दरार क्षेत्र घनत्व (दरार क्षेत्र/विश्लेषण क्षेत्र के रूप में परिभाषित) तनाव के बाद मोनोलेयर ग्राफीन की तुलना में कम है, जो एमजीजी के लिए विद्युत चालकता में वृद्धि के अनुरूप है।दूसरी ओर, दरारों को पाटने के लिए अक्सर स्क्रॉल देखे जाते हैं, जो तनावपूर्ण फिल्म में अतिरिक्त प्रवाहकीय मार्ग प्रदान करते हैं।उदाहरण के लिए, जैसा कि चित्र 4बी की छवि में लेबल किया गया है, ट्रिलेयर एमजीजी में एक दरार के ऊपर एक विस्तृत स्क्रॉल क्रॉस किया गया है, लेकिन सादे ग्राफीन (चित्र 4, ई से एच) में कोई स्क्रॉल नहीं देखा गया था।इसी तरह, CNTs ने भी ग्राफीन (अंजीर। S11) में दरार को पाट दिया।दरार क्षेत्र घनत्व, स्क्रॉल क्षेत्र घनत्व, और फिल्मों की खुरदरापन को चित्र 4K में संक्षेपित किया गया है।
(ए से एच) 0, 20, 60, और 100 पर एक बहुत पतले एसईबीएस (~ 0.1 मिमी मोटी) इलास्टोमेर पर ट्रिलेयर जी/जी स्क्रॉल (ए से डी) और ट्राइलेयर जी संरचनाओं (ई से एच) की सीटू एएफएम छवियों में % छानना।प्रतिनिधि दरारें और स्क्रॉल तीरों से इंगित किए जाते हैं।सभी एएफएम छवियां 15 माइक्रोन × 15 माइक्रोन के क्षेत्र में हैं, लेबल के समान रंग स्केल बार का उपयोग करते हुए।(I) SEBS सब्सट्रेट पर पैटर्न वाले मोनोलेयर ग्राफीन इलेक्ट्रोड की सिमुलेशन ज्यामिति।(जे) मोनोलेयर ग्राफीन में अधिकतम प्रिंसिपल लॉगरिदमिक स्ट्रेन का सिमुलेशन कंटूर मैप और 20% बाहरी स्ट्रेन पर एसईबीएस सब्सट्रेट।(के) विभिन्न ग्राफीन संरचनाओं के लिए दरार क्षेत्र घनत्व (लाल स्तंभ), स्क्रॉल क्षेत्र घनत्व (पीला स्तंभ), और सतह खुरदरापन (नीला स्तंभ) की तुलना।
जब एमजीजी फिल्मों को बढ़ाया जाता है, तो एक महत्वपूर्ण अतिरिक्त तंत्र होता है कि स्क्रॉल ग्रैफेन के टूटे हुए क्षेत्रों को पुल कर सकते हैं, एक परकोलेटिंग नेटवर्क बनाए रख सकते हैं।ग्राफीन स्क्रॉल आशाजनक हैं क्योंकि वे लंबाई में दसियों माइक्रोमीटर हो सकते हैं और इसलिए उन दरारों को पाटने में सक्षम होते हैं जो आमतौर पर माइक्रोमीटर पैमाने तक होती हैं।इसके अलावा, क्योंकि स्क्रॉल में ग्राफीन की बहुपरत होती है, इसलिए उनसे कम प्रतिरोध होने की उम्मीद की जाती है।इसकी तुलना में, तुलनात्मक प्रवाहकीय ब्रिजिंग क्षमता प्रदान करने के लिए अपेक्षाकृत घने (कम संप्रेषण) सीएनटी नेटवर्क की आवश्यकता होती है, क्योंकि सीएनटी छोटे होते हैं (आमतौर पर लंबाई में कुछ माइक्रोमीटर) और स्क्रॉल की तुलना में कम प्रवाहकीय होते हैं।दूसरी ओर, छवि के रूप में दिखाया गया।S12, जबकि स्ट्रेन को समायोजित करने के लिए स्ट्रेचिंग के दौरान ग्राफीन दरारें, स्क्रॉल दरार नहीं करते हैं, यह दर्शाता है कि बाद वाला अंतर्निहित ग्राफीन पर फिसल सकता है।उनके टूटने का कारण ग्राफीन की कई परतों (~ 1 से 2 0 माइक्रोन लंबी, ~ 0.1 से 1 माइक्रोन चौड़ी, और ~ 10 से 100 एनएम ऊंची) से बनी रोल-अप संरचना के कारण होने की संभावना है। सिंगल-लेयर ग्राफीन की तुलना में एक उच्च प्रभावी मापांक।जैसा कि ग्रीन और हर्सम (42) द्वारा रिपोर्ट किया गया है, धातु सीएनटी नेटवर्क (1.0 एनएम के ट्यूब व्यास) सीएनटी के बीच बड़े जंक्शन प्रतिरोध के बावजूद कम शीट प्रतिरोध <100 ओम / वर्ग प्राप्त कर सकते हैं।यह देखते हुए कि हमारे ग्राफीन स्क्रॉल में 0.1 से 1 माइक्रोन की चौड़ाई है और जी / जी स्क्रॉल में सीएनटी की तुलना में बहुत बड़े संपर्क क्षेत्र हैं, ग्राफीन और ग्राफीन स्क्रॉल के बीच संपर्क प्रतिरोध और संपर्क क्षेत्र उच्च चालकता बनाए रखने के लिए कारकों को सीमित नहीं करना चाहिए।
ग्राफीन में SEBS सब्सट्रेट की तुलना में बहुत अधिक मापांक होता है।यद्यपि ग्राफीन इलेक्ट्रोड की प्रभावी मोटाई सब्सट्रेट की तुलना में बहुत कम है, ग्राफीन समय की कठोरता इसकी मोटाई सब्सट्रेट (43, 44) की तुलना में है, जिसके परिणामस्वरूप मध्यम कठोर-द्वीप प्रभाव होता है।हमने एक SEBS सब्सट्रेट पर 1-एनएम-मोटी ग्राफीन के विरूपण का अनुकरण किया (विवरण के लिए अनुपूरक सामग्री देखें)।सिमुलेशन परिणामों के अनुसार, जब एसईबीएस सब्सट्रेट पर बाहरी रूप से 20% तनाव लागू होता है, तो ग्राफीन में औसत तनाव ~ 6.6% (छवि 4J और अंजीर। S13D) होता है, जो प्रयोगात्मक टिप्पणियों के अनुरूप होता है (अंजीर देखें। S13) .हमने ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके पैटर्न वाले ग्राफीन और सब्सट्रेट क्षेत्रों में तनाव की तुलना की और सब्सट्रेट क्षेत्र में तनाव को ग्राफीन क्षेत्र में कम से कम दो बार तनाव पाया।यह इंगित करता है कि ग्राफीन इलेक्ट्रोड पैटर्न पर लागू तनाव को काफी सीमित किया जा सकता है, जिससे एसईबीएस (26, 43, 44) के शीर्ष पर ग्राफीन कठोर द्वीप बन जाते हैं।
इसलिए, उच्च तनाव के तहत उच्च चालकता बनाए रखने के लिए एमजीजी इलेक्ट्रोड की क्षमता दो प्रमुख तंत्रों द्वारा सक्षम होने की संभावना है: (i) स्क्रॉल डिस्कनेक्ट किए गए क्षेत्रों को एक प्रवाहकीय छिद्र मार्ग बनाए रखने के लिए पुल कर सकते हैं, और (ii) बहुपरत ग्रेफीन शीट/इलास्टोमर स्लाइड कर सकते हैं एक दूसरे के ऊपर, जिसके परिणामस्वरूप ग्राफीन इलेक्ट्रोड पर तनाव कम होता है।इलास्टोमेर पर स्थानांतरित ग्राफीन की कई परतों के लिए, परतें एक दूसरे के साथ दृढ़ता से जुड़ी नहीं होती हैं, जो तनाव (27) के जवाब में स्लाइड कर सकती हैं।स्क्रॉल ने ग्राफीन परतों की खुरदरापन को भी बढ़ाया, जो ग्राफीन परतों के बीच अलगाव को बढ़ाने में मदद कर सकता है और इसलिए ग्राफीन परतों के फिसलने को सक्षम करता है।
कम लागत और उच्च थ्रूपुट के कारण सभी कार्बन उपकरणों का उत्साहपूर्वक अनुसरण किया जाता है।हमारे मामले में, ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर एक निचले ग्राफीन गेट, एक शीर्ष ग्राफीन स्रोत / नाली संपर्क, एक सॉर्ट किए गए सीएनटी सेमीकंडक्टर और एसईबीएस को एक ढांकता हुआ (छवि 5 ए) के रूप में उपयोग करके गढ़ा गया था।जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 5B, स्रोत/नाली और गेट (निचला उपकरण) के रूप में CNTs के साथ एक ऑल-कार्बन डिवाइस, ग्रेफीन इलेक्ट्रोड (टॉप डिवाइस) वाले डिवाइस की तुलना में अधिक अपारदर्शी है।इसका कारण यह है कि सीएनटी नेटवर्क को बड़ी मोटाई की आवश्यकता होती है और इसके परिणामस्वरूप, ग्राफीन (अंजीर। एस 4) के समान शीट प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए कम ऑप्टिकल ट्रांसमिशन की आवश्यकता होती है।चित्रा 5 (सी और डी) बिलीयर एमजीजी इलेक्ट्रोड से बने ट्रांजिस्टर के लिए तनाव से पहले प्रतिनिधि हस्तांतरण और आउटपुट वक्र दिखाता है।अनियंत्रित ट्रांजिस्टर की चैनल चौड़ाई और लंबाई क्रमशः 800 और 100 माइक्रोन थी।मापा चालू/बंद अनुपात क्रमशः 10-5 और 10-8 ए के स्तर पर चालू और बंद धाराओं के साथ 103 से अधिक है।आउटपुट वक्र स्पष्ट गेट-वोल्टेज निर्भरता के साथ आदर्श रैखिक और संतृप्ति शासन प्रदर्शित करता है, जो सीएनटी और ग्राफीन इलेक्ट्रोड (45) के बीच आदर्श संपर्क को दर्शाता है।ग्राफीन इलेक्ट्रोड के साथ संपर्क प्रतिरोध वाष्पित एयू फिल्म (अंजीर। S14 देखें) की तुलना में कम देखा गया था।स्ट्रेचेबल ट्रांजिस्टर की संतृप्ति गतिशीलता लगभग 5.6 सेमी2/Vs है, जो कठोर Si सबस्ट्रेट्स पर समान पॉलिमर-सॉर्ट किए गए CNT ट्रांजिस्टर के समान होती है, जिसमें ढांकता हुआ परत के रूप में 300-nm SiO2 होता है।अनुकूलित ट्यूब घनत्व और अन्य प्रकार की ट्यूबों (46) के साथ गतिशीलता में और सुधार संभव है।
(ए) ग्राफीन आधारित स्ट्रेचेबल ट्रांजिस्टर की योजना।SWNTs, एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब।(बी) ग्राफीन इलेक्ट्रोड (ऊपर) और सीएनटी इलेक्ट्रोड (नीचे) से बने स्ट्रेचेबल ट्रांजिस्टर की फोटो।पारदर्शिता में अंतर स्पष्ट रूप से ध्यान देने योग्य है।(सी और डी) तनाव से पहले एसईबीएस पर ग्राफीन आधारित ट्रांजिस्टर के स्थानांतरण और आउटपुट वक्र।(ई और एफ) स्थानांतरण वक्र, चालू और बंद, चालू / बंद अनुपात, और विभिन्न उपभेदों पर ग्राफीन-आधारित ट्रांजिस्टर की गतिशीलता।
जब पारदर्शी, ऑल-कार्बन डिवाइस को चार्ज ट्रांसपोर्ट दिशा के समानांतर दिशा में बढ़ाया गया था, तो न्यूनतम गिरावट 120% तनाव तक देखी गई थी।स्ट्रेचिंग के दौरान, गतिशीलता लगातार 5.6 cm2/Vs से 0% स्ट्रेन पर घटकर 2.5 cm2/Vs 120% स्ट्रेन पर (चित्र 5F) हो गई।हमने विभिन्न चैनल लंबाई के लिए ट्रांजिस्टर के प्रदर्शन की तुलना की (तालिका S1 देखें)।विशेष रूप से, 105% जितना बड़ा तनाव पर, इन सभी ट्रांजिस्टर ने अभी भी एक उच्च / बंद अनुपात (> 103) और गतिशीलता (> 3 सेमी 2 / वी) का प्रदर्शन किया।इसके अलावा, हमने ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर (तालिका S2 देखें) (47–52) पर हाल के सभी कार्यों को संक्षेप में प्रस्तुत किया है।इलास्टोमर्स पर डिवाइस फैब्रिकेशन को अनुकूलित करके और एमजीजी को संपर्कों के रूप में उपयोग करके, हमारे ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर गतिशीलता और हिस्टैरिसीस के साथ-साथ अत्यधिक स्ट्रेचेबल होने के मामले में अच्छा प्रदर्शन दिखाते हैं।
पूरी तरह से पारदर्शी और स्ट्रेचेबल ट्रांजिस्टर के अनुप्रयोग के रूप में, हमने इसका उपयोग एलईडी के स्विचिंग को नियंत्रित करने के लिए किया (चित्र 6ए)।जैसा कि चित्र 6बी में दिखाया गया है, हरे रंग की एलईडी को सीधे ऊपर रखे स्ट्रेचेबल ऑल-कार्बन डिवाइस के माध्यम से स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है।~ 100% (चित्र 6, सी और डी) तक खींचते समय, एलईडी प्रकाश की तीव्रता नहीं बदलती है, जो ऊपर वर्णित ट्रांजिस्टर प्रदर्शन के अनुरूप है (फिल्म S1 देखें)।यह ग्राफीन इलेक्ट्रोड का उपयोग करके बनाई गई स्ट्रेचेबल कंट्रोल यूनिट की पहली रिपोर्ट है, जो ग्राफीन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक नई संभावना का प्रदर्शन करती है।
(ए) एलईडी ड्राइव करने के लिए एक ट्रांजिस्टर का सर्किट।जीएनडी, जमीन।(बी) हरे एलईडी के ऊपर लगे 0% स्ट्रेन पर स्ट्रेचेबल और पारदर्शी ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर का फोटो।(सी) एलईडी को स्विच करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ऑल-कार्बन पारदर्शी और स्ट्रेचेबल ट्रांजिस्टर को एलईडी के ऊपर 0% (बाएं) और ~ 100% स्ट्रेन (दाएं) पर लगाया जा रहा है।दूरी परिवर्तन को फैलाए जाने को दिखाने के लिए सफेद तीर डिवाइस पर पीले मार्कर के रूप में इंगित करते हैं।(डी) विस्तारित ट्रांजिस्टर का साइड व्यू, एलईडी के साथ इलास्टोमेर में धकेल दिया गया।
अंत में, हमने एक पारदर्शी प्रवाहकीय ग्राफीन संरचना विकसित की है जो स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रोड के रूप में बड़े उपभेदों के तहत उच्च चालकता बनाए रखती है, जो स्टैक्ड ग्राफीन परतों के बीच ग्राफीन नैनोस्क्रॉल द्वारा सक्षम होती है।एक इलास्टोमेर पर ये द्वि- और ट्राइलेयर एमजीजी इलेक्ट्रोड संरचनाएं, विशिष्ट मोनोलेयर ग्राफीन इलेक्ट्रोड के लिए 5% तनाव पर चालकता के पूर्ण नुकसान की तुलना में, क्रमशः 0% तनाव चालकता को 100% तक बनाए रख सकती हैं। .ग्राफीन स्क्रॉल के अतिरिक्त प्रवाहकीय पथ के साथ-साथ स्थानांतरित परतों के बीच कमजोर अंतःक्रिया तनाव के तहत बेहतर चालकता स्थिरता में योगदान करती है।हमने आगे इस ग्राफीन संरचना को ऑल-कार्बन स्ट्रेचेबल ट्रांजिस्टर बनाने के लिए लागू किया।अब तक, यह सबसे स्ट्रेचेबल ग्राफीन-आधारित ट्रांजिस्टर है जिसमें बकलिंग का उपयोग किए बिना सबसे अच्छी पारदर्शिता है।यद्यपि वर्तमान अध्ययन स्ट्रेचेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए ग्राफीन को सक्षम करने के लिए आयोजित किया गया था, हम मानते हैं कि स्ट्रेचेबल 2 डी इलेक्ट्रॉनिक्स को सक्षम करने के लिए इस दृष्टिकोण को अन्य 2 डी सामग्रियों तक बढ़ाया जा सकता है।
बड़े क्षेत्र के सीवीडी ग्राफीन को 50-एससीसीएम (मानक घन सेंटीमीटर प्रति मिनट) सीएच4 और 20-एससीसीएम एच2 के साथ 1000 डिग्री सेल्सियस पर पूर्ववर्ती के रूप में 0.5 मीटर के निरंतर दबाव के तहत निलंबित क्यू फॉयल (99.999%; अल्फा एज़र) पर उगाया गया था।Cu पन्नी के दोनों किनारों को मोनोलेयर ग्राफीन द्वारा कवर किया गया था।PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) की एक पतली परत Cu पन्नी के एक तरफ स्पिन-लेपित थी, जिससे PMMA/G/Cu फ़ॉइल/G संरचना बन गई।बाद में, पूरी फिल्म को 0.1 एम अमोनियम पर्सल्फेट [(एनएच4)2एस2ओ8] घोल में लगभग 2 घंटे के लिए भिगो दिया गया ताकि घन पन्नी को हटा दिया जा सके।इस प्रक्रिया के दौरान, असुरक्षित बैकसाइड ग्रैफेन पहले अनाज की सीमाओं के साथ फाड़ा गया और फिर सतह तनाव के कारण स्क्रॉल में घुमाया गया।पीएमएमए-समर्थित ऊपरी ग्राफीन फिल्म पर स्क्रॉल संलग्न किए गए थे, जिससे पीएमएमए / जी / जी स्क्रॉल बनते थे।फिल्मों को बाद में कई बार विआयनीकृत पानी में धोया गया और लक्ष्य सब्सट्रेट पर रखा गया, जैसे कि कठोर SiO2 / Si या प्लास्टिक सब्सट्रेट।जैसे ही संलग्न फिल्म सब्सट्रेट पर सूख जाती है, नमूना w को क्रमिक रूप से एसीटोन, 1:1 एसीटोन/आईपीए (आइसोप्रोपाइल अल्कोहल) में भिगोया जाता है, और पीएमएमए को हटाने के लिए प्रत्येक 30 एस के लिए आईपीए।फिल्मों को 15 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर गर्म किया गया था या जी/जी स्क्रॉल की एक और परत को स्थानांतरित करने से पहले फंसे हुए पानी को पूरी तरह से हटाने के लिए रात भर वैक्यूम में रखा गया था।यह कदम सब्सट्रेट से ग्राफीन फिल्म की टुकड़ी से बचने और पीएमएमए वाहक परत की रिहाई के दौरान एमजीजी की पूर्ण कवरेज सुनिश्चित करने के लिए था।
MGG संरचना की आकृति विज्ञान को एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (Leica) और एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (1 kV; FEI) का उपयोग करके देखा गया था।जी स्क्रॉल के विवरण का निरीक्षण करने के लिए एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (नैनोस्कोप III, डिजिटल उपकरण) को टैपिंग मोड में संचालित किया गया था।फिल्म पारदर्शिता का परीक्षण एक पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोमीटर (एगिलेंट कैरी 6000i) द्वारा किया गया था।परीक्षणों के लिए जब तनाव वर्तमान प्रवाह की लंबवत दिशा के साथ था, फोटोलिथोग्राफी और O2 प्लाज्मा का उपयोग ग्राफीन संरचनाओं को स्ट्रिप्स (~ 300 माइक्रोन चौड़ा और ~ 2000 माइक्रोन लंबा) में पैटर्न करने के लिए किया गया था, और एयू (50 एनएम) इलेक्ट्रोड का उपयोग करके थर्मली जमा किया गया था। लंबी साइड के दोनों सिरों पर शैडो मास्क।ग्राफीन स्ट्रिप्स को तब एक एसईबीएस इलास्टोमेर (~ 2 सेमी चौड़ा और ~ 5 सेमी लंबा) के संपर्क में रखा गया था, जिसमें एसईबीएस के छोटे हिस्से के समानांतर स्ट्रिप्स की लंबी धुरी के बाद बीओई (बफर ऑक्साइड ईच) (एचएफ: एच 2 ओ) था। 1:6) नक़्क़ाशी और गलनक्रांतिक गैलियम ईण्डीयुम (EGaIn) विद्युत संपर्कों के रूप में।समानांतर तनाव परीक्षणों के लिए, गैर-पैटर्न वाले ग्राफीन स्ट्रक्चर एस (~ 5 × 10 मिमी) को एसईबीएस सब्सट्रेट पर स्थानांतरित किया गया था, एसईबीएस सब्सट्रेट के लंबे पक्ष के समानांतर लंबी कुल्हाड़ियों के साथ।दोनों ही मामलों के लिए, संपूर्ण G (G स्क्रॉल के बिना)/SEBS को एक मैनुअल उपकरण में इलास्टोमेर के लंबे किनारे के साथ बढ़ाया गया था, और सीटू में, हमने अर्धचालक विश्लेषक (कीथली 4200) के साथ एक जांच स्टेशन पर तनाव के तहत उनके प्रतिरोध परिवर्तनों को मापा। -एससीएस)।
एक लोचदार सब्सट्रेट पर अत्यधिक फैलने योग्य और पारदर्शी ऑल-कार्बन ट्रांजिस्टर बहुलक ढांकता हुआ और सब्सट्रेट के कार्बनिक विलायक क्षति से बचने के लिए निम्नलिखित प्रक्रियाओं द्वारा निर्मित किए गए थे।MGG संरचनाओं को SEBS पर गेट इलेक्ट्रोड के रूप में स्थानांतरित किया गया था।एक समान पतली-फिल्म बहुलक ढांकता हुआ परत (2 माइक्रोन मोटी) प्राप्त करने के लिए, एक एसईबीएस टोल्यूनि (80 मिलीग्राम / एमएल) समाधान को 1 मिनट के लिए 1000 आरपीएम पर एक ऑक्टाडेसिलेट्रिक्लोरोसिलेन (ओटीएस) -मॉडिफाइड SiO2 / Si सब्सट्रेट पर स्पिन-लेपित किया गया था।पतली ढांकता हुआ फिल्म आसानी से हाइड्रोफोबिक ओटीएस सतह से एसईबीएस सब्सट्रेट पर तैयार ग्राफीन के साथ कवर किया जा सकता है।एक LCR (अधिष्ठापन, समाई, प्रतिरोध) मीटर (Agilent) का उपयोग करके तनाव के कार्य के रूप में समाई का निर्धारण करने के लिए एक तरल-धातु (EGaIn; सिग्मा-एल्ड्रिच) शीर्ष इलेक्ट्रोड जमा करके एक संधारित्र बनाया जा सकता है।ट्रांजिस्टर के दूसरे भाग में पॉलीमर-सॉर्टेड सेमीकंडक्टिंग CNTs शामिल थे, जो पहले बताई गई प्रक्रियाओं (53) का पालन करते थे।प्रतिरूपित स्रोत/नाली इलेक्ट्रोड को कठोर SiO2/Si सबस्ट्रेट्स पर गढ़ा गया था।इसके बाद, दो भागों, डाइलेक्ट्रिक/जी/एसईबीएस और सीएनटी/पैटर्न वाले जी/एसआईओ2/सी को एक-दूसरे से लैमिनेट किया गया, और कठोर SiO2/Si सब्सट्रेट को हटाने के लिए बीओई में भिगोया गया।इस प्रकार, पूरी तरह से पारदर्शी और फैलने योग्य ट्रांजिस्टर तैयार किए गए थे।तनाव के तहत विद्युत परीक्षण एक मैनुअल स्ट्रेचिंग सेटअप पर पूर्वोक्त विधि के रूप में किया गया था।
इस लेख के लिए अनुपूरक सामग्री http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 पर उपलब्ध है।
अंजीर।एस1.विभिन्न आवर्धन पर SiO2/Si सबस्ट्रेट्स पर मोनोलेयर MGG की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियां।
अंजीर।एस4.दो-जांच शीट प्रतिरोधों और संप्रेषण @ 550 एनएम मोनो-, द्वि- और ट्रिलेयर सादा ग्राफीन (काले वर्ग), एमजीजी (लाल घेरे), और सीएनटी (नीला त्रिकोण) की तुलना।
अंजीर।एस7.~1000 चक्रीय स्ट्रेन के तहत मोनो- और बाइलेयर MGGs (ब्लैक) और G (रेड) का सामान्यीकृत प्रतिरोध परिवर्तन, क्रमशः 40 और 90% समानांतर स्ट्रेन तक लोड हो रहा है।
अंजीर।S10.तनाव के बाद एसईबीएस इलास्टोमेर पर ट्रिलेयर एमजीजी की एसईएम छवि, कई दरारों पर एक लंबा स्क्रॉल क्रॉस दिखाती है।
अंजीर।एस12.20% स्ट्रेन पर बहुत पतले एसईबीएस इलास्टोमेर पर ट्राइलेयर एमजीजी की एएफएम छवि, यह दर्शाती है कि एक दरार पर एक स्क्रॉल पार हो गया है।
टेबल S1.तनाव से पहले और बाद में अलग-अलग चैनल लंबाई पर बिलीयर एमजीजी-एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब ट्रांजिस्टर की गतिशीलता।
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