আল্ট্রাট্রান্সপারেন্ট এবং প্রসারিত গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড

দ্বি-মাত্রিক উপকরণ, যেমন গ্রাফিন, প্রচলিত সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশন এবং নমনীয় ইলেকট্রনিক্সে নবজাতক অ্যাপ্লিকেশন উভয়ের জন্যই আকর্ষণীয়। যাইহোক, গ্রাফিনের উচ্চ প্রসার্য শক্তির ফলে কম স্ট্রেনে ফ্র্যাকচার হয়, যা প্রসারিতযোগ্য ইলেকট্রনিক্সে এর অসাধারণ বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যের সুবিধা নেওয়া চ্যালেঞ্জিং করে তোলে। স্বচ্ছ গ্রাফিন কন্ডাক্টরগুলির চমৎকার স্ট্রেন-নির্ভর কর্মক্ষমতা সক্ষম করার জন্য, আমরা স্ট্যাক করা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে গ্রাফিন ন্যানোস্ক্রোল তৈরি করেছি, যা মাল্টিলেয়ার গ্রাফিন/গ্রাফিন স্ক্রোল (MGGs) হিসাবে উল্লেখ করা হয়। স্ট্রেনের অধীনে, কিছু স্ক্রোল গ্রাফিনের খণ্ডিত ডোমেনগুলিকে একটি পারকোলেটিং নেটওয়ার্ক বজায় রাখার জন্য ব্রিজ করে যা উচ্চ স্ট্রেনে চমৎকার পরিবাহিতা সক্ষম করে। ইলাস্টোমারগুলিতে সমর্থিত ট্রাইলেয়ার এমজিজিগুলি তাদের আসল পরিবাহকের 65% 100% স্ট্রেনে ধরে রেখেছে, যা বর্তমান প্রবাহের দিকে লম্ব, যেখানে ন্যানোস্ক্রোল ছাড়া গ্রাফিনের ট্রিলেয়ার ফিল্মগুলি তাদের প্রারম্ভিক পরিবাহকের মাত্র 25% ধরে রেখেছে। একটি প্রসারিত অল-কার্বন ট্রানজিস্টর যা ইলেক্ট্রোড হিসাবে MGGs ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে 90% এর ট্রান্সমিট্যান্স প্রদর্শন করে এবং 120% স্ট্রেনে (চার্জ পরিবহনের দিকের সমান্তরাল) 60% মূল বর্তমান আউটপুট ধরে রাখে। এই অত্যন্ত প্রসারিত এবং স্বচ্ছ অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি অত্যাধুনিক প্রসারিতযোগ্য অপটোইলেক্ট্রনিক্স সক্ষম করতে পারে।
প্রসারিত স্বচ্ছ ইলেকট্রনিক্স একটি ক্রমবর্ধমান ক্ষেত্র যা উন্নত বায়োইনটিগ্রেটেড সিস্টেমে গুরুত্বপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে (1, 2) সেইসাথে অত্যাধুনিক নরম রোবোটিক্স এবং ডিসপ্লে তৈরি করতে প্রসারিত অপটোইলেক্ট্রনিক্স (3, 4) এর সাথে একীভূত করার সম্ভাবনা রয়েছে। গ্রাফিন পারমাণবিক বেধ, উচ্চ স্বচ্ছতা এবং উচ্চ পরিবাহিতার অত্যন্ত আকাঙ্খিত বৈশিষ্ট্যগুলি প্রদর্শন করে, তবে প্রসারিত অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে এর বাস্তবায়ন ছোট স্ট্রেনে ক্র্যাক করার প্রবণতা দ্বারা বাধা দেওয়া হয়েছে। গ্রাফিনের যান্ত্রিক সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করে প্রসারিত স্বচ্ছ ডিভাইসগুলিতে নতুন কার্যকারিতা সক্ষম করতে পারে।
গ্রাফিনের অনন্য বৈশিষ্ট্য এটিকে পরবর্তী প্রজন্মের স্বচ্ছ পরিবাহী ইলেক্ট্রোডের জন্য শক্তিশালী প্রার্থী করে তোলে (5, 6)। সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত স্বচ্ছ পরিবাহী, ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইডের সাথে তুলনা করা হয় [ITO; 90% স্বচ্ছতায় 100 ওহম/বর্গ (বর্গ)], রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) দ্বারা উত্থিত মনোলেয়ার গ্রাফিনের শীট প্রতিরোধের (125 ohms/sq) এবং স্বচ্ছতা (97.4%) (5) এর অনুরূপ সমন্বয় রয়েছে। উপরন্তু, ITO (7) এর তুলনায় গ্রাফিন ফিল্মের অসাধারণ নমনীয়তা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, একটি প্লাস্টিকের সাবস্ট্রেটে, এর পরিবাহিতা 0.8 মিমি (8) এর মতো ছোট বক্রতার একটি নমন ব্যাসার্ধের জন্যও ধরে রাখা যেতে পারে। স্বচ্ছ নমনীয় পরিবাহী হিসাবে এর বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা আরও উন্নত করতে, পূর্ববর্তী কাজগুলি এক-মাত্রিক (1D) সিলভার ন্যানোয়ার বা কার্বন ন্যানোটিউব (CNTs) (9-11) সহ গ্রাফিন হাইব্রিড উপকরণ তৈরি করেছে। অধিকন্তু, গ্রাফিনকে মিশ্র মাত্রিক হেটেরোস্ট্রাকচারাল সেমিকন্ডাক্টর (যেমন 2D বাল্ক Si, 1D ন্যানোয়ারস/ন্যানোটিউবস, এবং 0D কোয়ান্টাম ডটস) (12), নমনীয় ট্রানজিস্টর, সৌর কোষ এবং আলো-নিঃসরণকারী ডায়োড (এলইডি) (13) এর জন্য ইলেক্ট্রোড হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছে। -23)।
যদিও গ্রাফিন নমনীয় ইলেকট্রনিক্সের জন্য আশাব্যঞ্জক ফলাফল দেখিয়েছে, প্রসারিত ইলেকট্রনিক্সে এর প্রয়োগ এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য দ্বারা সীমিত করা হয়েছে (17, 24, 25); গ্রাফিনের প্লেনে 340 N/m এর শক্ততা এবং 0.5 টিপিএ (26) এর একটি ইয়াং মডুলাস রয়েছে। শক্তিশালী কার্বন-কার্বন নেটওয়ার্ক প্রয়োগকৃত স্ট্রেনের জন্য কোন শক্তি অপসারণ প্রক্রিয়া প্রদান করে না এবং তাই 5% এর কম স্ট্রেনে সহজেই ফাটল ধরে। উদাহরণস্বরূপ, একটি পলিডাইমিথিসিলোক্সেন (PDMS) ইলাস্টিক সাবস্ট্রেটে স্থানান্তরিত CVD গ্রাফিন শুধুমাত্র 6% স্ট্রেনের কম (8) এর পরিবাহিতা বজায় রাখতে পারে। তাত্ত্বিক গণনা দেখায় যে বিভিন্ন স্তরের মধ্যে ক্রাম্পলিং এবং ইন্টারপ্লে দৃঢ়ভাবে দৃঢ়তা হ্রাস করা উচিত (26)। গ্রাফিনকে একাধিক স্তরে স্ট্যাক করার মাধ্যমে, জানা গেছে যে এই দ্বি-বা ট্রাইলেয়ার গ্রাফিনটি 30% স্ট্রেনে প্রসারিত হতে পারে, যা মনোলেয়ার গ্রাফিনের (27) তুলনায় 13 গুণ ছোট প্রতিরোধের পরিবর্তন প্রদর্শন করে। যাইহোক, এই প্রসারিততা এখনও অত্যাধুনিক প্রসারিতযোগ্য সি অন্ডাক্টরগুলির (28, 29) তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে নিকৃষ্ট।
ট্রানজিস্টরগুলি প্রসারিতযোগ্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ কারণ তারা পরিশীলিত সেন্সর রিডআউট এবং সংকেত বিশ্লেষণ সক্ষম করে (30, 31)। সোর্স/ড্রেন ইলেক্ট্রোড এবং চ্যানেল উপাদান হিসাবে মাল্টিলেয়ার গ্রাফিন সহ PDMS-এ ট্রানজিস্টরগুলি 5% স্ট্রেন (32) পর্যন্ত বৈদ্যুতিক ফাংশন বজায় রাখতে পারে, যা পরিধানযোগ্য স্বাস্থ্য-মনিটরিং সেন্সর এবং ইলেকট্রনিক ত্বকের জন্য ন্যূনতম প্রয়োজনীয় মানের (~50%) থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে কম। ৩৩, ৩৪)। সম্প্রতি, একটি গ্রাফিন কিরিগামি পদ্ধতির অনুসন্ধান করা হয়েছে, এবং একটি তরল ইলেক্ট্রোলাইট দ্বারা গেট করা ট্রানজিস্টরকে 240% (35) পর্যন্ত প্রসারিত করা যেতে পারে। যাইহোক, এই পদ্ধতির জন্য সাসপেন্ডেড গ্রাফিন প্রয়োজন, যা বানোয়াট প্রক্রিয়াকে জটিল করে তোলে।
এখানে, আমরা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে গ্রাফিন স্ক্রোলগুলি (~1 থেকে 20 μm লম্বা, ~ 0.1 থেকে 1 μm চওড়া, এবং ~ 10 থেকে 100 nm উচ্চ) ইন্টারক্যালেট করে উচ্চ প্রসারিত গ্রাফিন ডিভাইসগুলি অর্জন করি৷ আমরা অনুমান করি যে এই গ্রাফিন স্ক্রোলগুলি গ্রাফিন শীটগুলিতে ফাটলগুলি সেতু করার জন্য পরিবাহী পথ সরবরাহ করতে পারে, এইভাবে স্ট্রেনের অধীনে উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখে। গ্রাফিন স্ক্রোলগুলির অতিরিক্ত সংশ্লেষণ বা প্রক্রিয়ার প্রয়োজন হয় না; তারা প্রাকৃতিকভাবে ভিজা স্থানান্তর পদ্ধতির সময় গঠিত হয়. মাল্টিলেয়ার G/G (গ্রাফিন/গ্রাফিন) স্ক্রোল (MGGs) গ্রাফিন স্ট্রেচেবল ইলেক্ট্রোড (উৎস/ড্রেন এবং গেট) এবং সেমিকন্ডাক্টিং সিএনটি ব্যবহার করে, আমরা অত্যন্ত স্বচ্ছ এবং অত্যন্ত প্রসারিত অল-কার্বন ট্রানজিস্টর প্রদর্শন করতে সক্ষম হয়েছি, যা 120 পর্যন্ত প্রসারিত হতে পারে। % স্ট্রেন (চার্জ পরিবহনের দিকের সমান্তরাল) এবং তাদের মূল বর্তমান আউটপুটের 60% ধরে রাখে। এটি এখন পর্যন্ত সবচেয়ে প্রসারিত স্বচ্ছ কার্বন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টর, এবং এটি একটি অজৈব LED চালানোর জন্য পর্যাপ্ত কারেন্ট সরবরাহ করে।
বৃহৎ-ক্ষেত্রের স্বচ্ছ প্রসারিত গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড সক্ষম করতে, আমরা কিউ ফয়েলে সিভিডি-উত্থিত গ্রাফিন বেছে নিয়েছি। সিভিডি কোয়ার্টজ টিউবের মাঝখানে কিউ ফয়েলকে স্থগিত করা হয়েছিল যাতে উভয় দিকে গ্রাফিনের বৃদ্ধি ঘটতে পারে, যা G/Cu/G কাঠামো তৈরি করে। গ্রাফিন স্থানান্তর করার জন্য, আমরা প্রথমে গ্রাফিনের একপাশে রক্ষা করার জন্য পলি (মিথাইল মেথাক্রাইলেট) (PMMA) এর একটি পাতলা স্তর স্পিন-কোটেড করি, যাকে আমরা টপসাইড গ্রাফিন (গ্রাফিনের অন্য পাশের বিপরীতে) নাম দিয়েছিলাম এবং পরবর্তীকালে, সম্পূর্ণ ফিল্ম (পিএমএমএ/টপ গ্রাফিন/কিউ/বটম গ্রাফিন) কিউ ফয়েলকে খোদাই করার জন্য (NH4)2S2O8 দ্রবণে ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল। PMMA আবরণ ব্যতীত নীচের দিকের গ্রাফিনে অনিবার্যভাবে ফাটল এবং ত্রুটি থাকবে যা একটি এচ্যান্টকে প্রবেশ করতে দেয় (36, 37)। চিত্র 1A-তে যেমন দেখানো হয়েছে, পৃষ্ঠের উত্তেজনার প্রভাবে, মুক্তিপ্রাপ্ত গ্রাফিন ডোমেনগুলি স্ক্রলগুলিতে পরিণত হয় এবং পরবর্তীতে অবশিষ্ট টপ-G/PMMA ফিল্মের সাথে সংযুক্ত হয়। টপ-জি/জি স্ক্রোলগুলি যেকোন সাবস্ট্রেটে স্থানান্তরিত হতে পারে, যেমন SiO2/Si, গ্লাস বা নরম পলিমার। এই স্থানান্তর প্রক্রিয়াটি একই সাবস্ট্রেটে একাধিকবার পুনরাবৃত্তি করলে MGG কাঠামো পাওয়া যায়।
(A) একটি প্রসারিত ইলেক্ট্রোড হিসাবে MGG-এর জন্য বানোয়াট পদ্ধতির পরিকল্পিত চিত্র। গ্রাফিন স্থানান্তরের সময়, কিউ ফয়েলের পিছনের গ্রাফিনটি সীমানা এবং ত্রুটিগুলিতে ভাঙা হয়েছিল, ইচ্ছাকৃত আকারে গুটিয়ে গিয়েছিল এবং ন্যানোস্ক্রোল তৈরি করে উপরের ফিল্মগুলিতে শক্তভাবে সংযুক্ত হয়েছিল। চতুর্থ কার্টুনটি স্তুপীকৃত MGG কাঠামো চিত্রিত করেছে। (বি এবং সি) মনোলেয়ার এমজিজি-র উচ্চ-রেজোলিউশন টিইএম বৈশিষ্ট্য, যথাক্রমে মনোলেয়ার গ্রাফিন (বি) এবং স্ক্রোল (সি) অঞ্চলে ফোকাস করে। (B) এর ইনসেট হল একটি নিম্ন-বিবর্ধন চিত্র যা TEM গ্রিডে মনোলেয়ার MGG-এর সামগ্রিক রূপবিদ্যা দেখায়। (C) এর ইনসেটগুলি হল চিত্রে নির্দেশিত আয়তক্ষেত্রাকার বাক্সগুলির সাথে নেওয়া তীব্রতার প্রোফাইল, যেখানে পারমাণবিক সমতলগুলির মধ্যে দূরত্ব 0.34 এবং 0.41 nm। (D ) কার্বন কে-এজ EEL স্পেকট্রাম বৈশিষ্ট্যযুক্ত গ্রাফিটিক π* এবং σ* শিখর লেবেলযুক্ত। (E) হলুদ ডটেড লাইন বরাবর উচ্চতা প্রোফাইল সহ মনোলেয়ার G/G স্ক্রোলগুলির বিভাগীয় AFM চিত্র। (F থেকে I) যথাক্রমে 300-nm-পুরু SiO2/Si সাবস্ট্রেটে (F এবং H) ছাড়া এবং স্ক্রোল (G এবং I) সহ ট্রাইলেয়ার G-এর অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি এবং AFM চিত্রগুলি। রিপ্রেজেন্টেটিভ স্ক্রোল এবং রিঙ্কেল তাদের পার্থক্য হাইলাইট করার জন্য লেবেল করা হয়েছিল।
স্ক্রোলগুলি প্রকৃতিতে ঘূর্ণিত গ্রাফিন কিনা তা যাচাই করার জন্য, আমরা মনোলেয়ার টপ-জি/জি স্ক্রল স্ট্রাকচারগুলিতে উচ্চ-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (TEM) এবং ইলেক্ট্রন এনার্জি লস (EEL) স্পেকট্রোস্কোপি অধ্যয়ন পরিচালনা করেছি। চিত্র 1B একটি মনোলেয়ার গ্রাফিনের ষড়ভুজ কাঠামো দেখায় এবং ইনসেটটি টিইএম গ্রিডের একটি একক কার্বন গর্তের উপর আচ্ছাদিত ফিল্মের সামগ্রিক রূপবিদ্যা। মনোলেয়ার গ্রাফিন বেশিরভাগ গ্রিড জুড়ে বিস্তৃত, এবং ষড়ভুজ বলয়ের একাধিক স্ট্যাকের উপস্থিতিতে কিছু গ্রাফিন ফ্লেক্স উপস্থিত হয় (চিত্র 1বি)। একটি পৃথক স্ক্রলে (চিত্র 1C) জুম করে, আমরা প্রচুর পরিমাণে গ্রাফিন জালির ঝালর লক্ষ্য করেছি, যার মধ্যে জালির ব্যবধান 0.34 থেকে 0.41 এনএম। এই পরিমাপগুলি পরামর্শ দেয় যে ফ্লেক্সগুলি এলোমেলোভাবে গুটানো হয় এবং নিখুঁত গ্রাফাইট নয়, যার "ABAB" স্তর স্ট্যাকিংয়ে 0.34 nm জালির ব্যবধান রয়েছে। চিত্র 1D কার্বন কে-এজ EEL বর্ণালী দেখায়, যেখানে 285 eV-তে শীর্ষটি π* অরবিটাল থেকে উৎপন্ন হয় এবং অন্যটি 290 eV-এর আশেপাশে σ* অরবিটালের পরিবর্তনের কারণে হয়। এটা দেখা যায় যে এই কাঠামোতে sp2 বন্ধন প্রাধান্য পেয়েছে, যাচাই করে যে স্ক্রলগুলি অত্যন্ত গ্রাফিটিক।
অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি এবং পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি (AFM) চিত্রগুলি MGGs (চিত্র 1, ই থেকে জি, এবং ডুমুর। S1 এবং S2) গ্রাফিন ন্যানোস্ক্রোল বিতরণের অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে। স্ক্রোলগুলি এলোমেলোভাবে পৃষ্ঠের উপর বিতরণ করা হয়, এবং তাদের প্লেনের ঘনত্ব স্ট্যাক করা স্তরগুলির সংখ্যার সমানুপাতিকভাবে বৃদ্ধি পায়। অনেক স্ক্রোল গিঁটের মধ্যে আটকে থাকে এবং 10 থেকে 100 এনএম এর মধ্যে ননইনিফর্ম উচ্চতা প্রদর্শন করে। এগুলি 1 থেকে 20 μm লম্বা এবং 0.1 থেকে 1 μm চওড়া, তাদের প্রাথমিক গ্রাফিন ফ্লেকের আকারের উপর নির্ভর করে। চিত্র 1 (H এবং I) তে দেখানো হয়েছে, স্ক্রোলগুলির বলিরেখার তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বড় আকার রয়েছে, যা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে একটি আরও রুক্ষ ইন্টারফেসের দিকে নিয়ে যায়।
বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি পরিমাপ করার জন্য, আমরা ফটোলিথোগ্রাফি ব্যবহার করে 300-μm-প্রশস্ত এবং 2000-μm-লম্বা স্ট্রিপে স্ক্রোল স্ট্রাকচার এবং লেয়ার স্ট্যাকিং সহ বা ছাড়াই গ্রাফিন ফিল্ম প্যাটার্ন করেছি। স্ট্রেনের একটি ফাংশন হিসাবে দুই-প্রোব প্রতিরোধগুলি পরিবেষ্টিত পরিস্থিতিতে পরিমাপ করা হয়েছিল। স্ক্রোলের উপস্থিতি মনোলেয়ার গ্রাফিনের প্রতিরোধ ক্ষমতা 80% কমিয়েছে এবং ট্রান্সমিট্যান্সে মাত্র 2.2% হ্রাস পেয়েছে (চিত্র S4)। এটি নিশ্চিত করে যে ন্যানোস্ক্রোল, যার উচ্চ কারেন্ট ঘনত্ব 5 × 107 A/cm2 (38, 39) পর্যন্ত রয়েছে, MGG-তে খুব ইতিবাচক বৈদ্যুতিক অবদান রাখে। সমস্ত মনো-, দ্বি-, এবং ট্রাইলেয়ার প্লেইন গ্রাফিন এবং MGGগুলির মধ্যে, ট্রাইলেয়ার MGG-এর প্রায় 90% স্বচ্ছতার সাথে সর্বোত্তম পরিবাহিতা রয়েছে। সাহিত্যে রিপোর্ট করা গ্রাফিনের অন্যান্য উত্সের সাথে তুলনা করার জন্য, আমরা চার-প্রোব শীট প্রতিরোধের পরিমাপ করেছি (চিত্র S5) এবং চিত্র 2A-তে 550 nm (fig. S6) এ ট্রান্সমিট্যান্সের একটি ফাংশন হিসাবে তালিকাভুক্ত করেছি। MGG কৃত্রিমভাবে স্তুপীকৃত মাল্টিলা ইয়ার প্লেইন গ্রাফিন এবং হ্রাসকৃত গ্রাফিন অক্সাইড (RGO) (6, 8, 18) এর তুলনায় তুলনামূলক বা উচ্চতর পরিবাহিতা এবং স্বচ্ছতা দেখায়। মনে রাখবেন যে সাহিত্য থেকে কৃত্রিমভাবে স্ট্যাক করা মাল্টিলেয়ার প্লেইন গ্রাফিনের শীট প্রতিরোধ আমাদের MGG এর তুলনায় সামান্য বেশি, সম্ভবত তাদের অপ্টিমাইজড বৃদ্ধির অবস্থা এবং স্থানান্তর পদ্ধতির কারণে।
(ক) বিভিন্ন ধরণের গ্রাফিনের জন্য 550 এনএম-এ ট্রান্সমিট্যান্স বনাম ফোর-প্রোব শীট প্রতিরোধ, যেখানে কালো বর্গক্ষেত্রগুলি মনো-, দ্বি- এবং ট্রাইলেয়ার MGGs বোঝায়; লাল বৃত্ত এবং নীল ত্রিভুজগুলি Li et al-এর গবেষণা থেকে Cu এবং Ni-তে জন্মানো মাল্টিলেয়ার প্লেইন গ্রাফিনের সাথে মিলে যায়। (6) এবং কিম এট আল। (8), যথাক্রমে, এবং পরবর্তীকালে SiO2/Si বা কোয়ার্টজে স্থানান্তরিত হয়; এবং সবুজ ত্রিভুজগুলি Bonaccorso et al-এর অধ্যয়ন থেকে বিভিন্ন হ্রাসকারী ডিগ্রিতে RGO-এর মান। (18)। (B এবং C) কারেন্ট প্রবাহের দিকে লম্ব (B) এবং সমান্তরাল (C) স্ট্রেনের একটি ফাংশন হিসাবে মনো-, দ্বি- এবং ট্রাইলেয়ার MGGs এবং G-এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন। (D) সাইক্লিক স্ট্রেনের অধীনে বাইলেয়ার G (লাল) এবং MGG (কালো) এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন 50% লম্ব স্ট্রেন পর্যন্ত লোড হয়। (ই) 90% সমান্তরাল স্ট্রেন পর্যন্ত সাইক্লিক স্ট্রেনের অধীনে ট্রাইলেয়ার G (লাল) এবং MGG (কালো) এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন। (F) স্ট্রেনের কার্যকারিতা হিসাবে মনো-, দ্বি- এবং ট্রাইলেয়ার G এবং দ্বি- এবং ট্রাইলেয়ার MGG-এর স্বাভাবিক ক্যাপাসিট্যান্স পরিবর্তন। ইনসেট হল ক্যাপাসিটর স্ট্রাকচার, যেখানে পলিমার সাবস্ট্রেট হল SEBS এবং পলিমার ডাইলেকট্রিক স্তর হল 2-μm-পুরু SEBS।
MGG-এর স্ট্রেন-নির্ভর কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করার জন্য, আমরা গ্রাফিনকে থার্মোপ্লাস্টিক ইলাস্টোমার স্টাইরিন-ইথিলিন-বুটাডিয়ান-স্টাইরিন (SEBS) সাবস্ট্রেটে (~2 সেমি চওড়া এবং ~5 সেমি লম্বা) স্থানান্তরিত করেছি, এবং পরিবাহিতা পরিমাপ করা হয়েছিল যেহেতু সাবস্ট্রেটটি প্রসারিত হয়েছিল। (উপাদান এবং পদ্ধতি দেখুন) তড়িৎ প্রবাহের দিকে লম্ব এবং সমান্তরাল উভয়ই (চিত্র 2, B এবং C)। স্ট্রেন-নির্ভর বৈদ্যুতিক আচরণ ন্যানোস্ক্রোলগুলির অন্তর্ভুক্তি এবং গ্রাফিন স্তরগুলির সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে উন্নত হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, যখন স্ট্রেন কারেন্ট প্রবাহের জন্য লম্ব হয়, তখন মনোলেয়ার গ্রাফিনের জন্য, স্ক্রল যোগ করা বৈদ্যুতিক ভাঙ্গনের সময় স্ট্রেনকে 5 থেকে 70% পর্যন্ত বাড়িয়ে দেয়। ট্রাইলেয়ার গ্রাফিনের স্ট্রেন সহনশীলতাও মনোলেয়ার গ্রাফিনের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়েছে। ন্যানোস্ক্রোলের সাহায্যে, 100% লম্ব স্ট্রেনে, ট্রাইলেয়ার এমজিজি কাঠামোর প্রতিরোধ ক্ষমতা শুধুমাত্র 50% বৃদ্ধি পেয়েছে, স্ক্রোল ছাড়া ট্রাইলেয়ার গ্রাফিনের 300% এর তুলনায়। চক্রীয় স্ট্রেন লোডিংয়ের অধীনে প্রতিরোধের পরিবর্তন তদন্ত করা হয়েছিল। তুলনা করার জন্য (চিত্র 2D), একটি প্লেইন বিলেয়ার গ্রাফিন ফিল্মের প্রতিরোধ ক্ষমতা 700 চক্রের পর 50% লম্ব স্ট্রেনে প্রায় 7.5 গুণ বৃদ্ধি পেয়েছে এবং প্রতিটি চক্রে স্ট্রেনের সাথে বৃদ্ধি পেতে থাকে। অন্যদিকে, একটি বিলেয়ার এমজিজির প্রতিরোধ ক্ষমতা ~700 চক্রের পরে প্রায় 2.5 গুণ বৃদ্ধি পায়। সমান্তরাল দিক বরাবর 90% পর্যন্ত স্ট্রেন প্রয়োগ করলে, 1000 চক্রের পর ট্রাইলেয়ার গ্রাফিনের প্রতিরোধ ক্ষমতা ~100 গুণ বৃদ্ধি পায়, যেখানে ট্রাইলেয়ার MGG (চিত্র 2E) এ এটি মাত্র ~8 গুণ। সাইকেল চালানোর ফলাফল চিত্রে দেখানো হয়েছে। S7. সমান্তরাল স্ট্রেন দিক বরাবর প্রতিরোধের তুলনামূলকভাবে দ্রুত বৃদ্ধি কারণ ফাটলগুলির অভিযোজন বর্তমান প্রবাহের দিকে লম্ব। লোডিং এবং আনলোডিং স্ট্রেনের সময় প্রতিরোধের বিচ্যুতি SEBS ইলাস্টোমার সাবস্ট্রেটের ভিসকোয়েলাস্টিক পুনরুদ্ধারের কারণে। সাইকেল চালানোর সময় MGG স্ট্রিপগুলির আরও স্থিতিশীল প্রতিরোধের কারণ হল বড় স্ক্রোলগুলির উপস্থিতি যা গ্রাফিনের ফাটলযুক্ত অংশগুলিকে সেতু করতে পারে (যেমন AFM দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে), একটি পারকোলেটিং পাথওয়ে বজায় রাখতে সাহায্য করে। ইলাস্টোমার সাবস্ট্রেটে ফাটল ধাতব বা সেমিকন্ডাক্টর ফিল্মের জন্য একটি পারকোলেটিং পাথওয়ে দ্বারা পরিবাহিতা বজায় রাখার এই ঘটনাটি আগে রিপোর্ট করা হয়েছে (40, 41)।
প্রসারিত যন্ত্রগুলিতে গেট ইলেক্ট্রোড হিসাবে এই গ্রাফিন-ভিত্তিক ফিল্মগুলিকে মূল্যায়ন করার জন্য, আমরা গ্রাফিন স্তরটিকে একটি SEBS অস্তরক স্তর (2 μm পুরু) দিয়ে আবৃত করেছি এবং স্ট্রেনের একটি ফাংশন হিসাবে ডাইলেক্ট্রিক ক্যাপাসিট্যান্স পরিবর্তনটি পর্যবেক্ষণ করেছি (চিত্র 2F এবং পরিপূরক উপাদানগুলি দেখুন বিস্তারিত)। আমরা লক্ষ্য করেছি যে প্লেইন মনোলেয়ার এবং বিলেয়ার গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডগুলির সাথে ক্যাপাসিট্যান্স দ্রুত হ্রাস পেয়েছে কারণ গ্রাফিনের প্লেন পরিবাহিতা হ্রাস পেয়েছে। বিপরীতে, MGG এবং প্লেইন ট্রাইলেয়ার গ্রাফিন দ্বারা গেট করা ক্যাপাসিট্যান্সগুলি স্ট্রেনের সাথে ক্যাপাসিট্যান্সের বৃদ্ধি দেখিয়েছে, যা স্ট্রেনের সাথে অস্তরক বেধ হ্রাসের কারণে প্রত্যাশিত। ক্যাপাসিট্যান্সের প্রত্যাশিত বৃদ্ধি MGG কাঠামোর সাথে খুব ভালভাবে মিলেছে (চিত্র S8)। এটি নির্দেশ করে যে MGG প্রসারিত ট্রানজিস্টরের জন্য একটি গেট ইলেক্ট্রোড হিসাবে উপযুক্ত।
বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার স্ট্রেন সহনশীলতার উপর 1D গ্রাফিন স্ক্রলের ভূমিকা আরও তদন্ত করতে এবং গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে বিচ্ছেদকে আরও ভালভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে, আমরা গ্রাফিন স্ক্রোলগুলি প্রতিস্থাপন করতে স্প্রে-কোটেড সিএনটি ব্যবহার করেছি (পরিপূরক সামগ্রী দেখুন)। MGG কাঠামো অনুকরণ করতে, আমরা CNT-এর তিনটি ঘনত্ব জমা করেছি (অর্থাৎ, CNT1
(A থেকে C) CNT এর তিনটি ভিন্ন ঘনত্বের AFM চিত্র (CNT1
প্রসারিত ইলেকট্রনিক্সের জন্য ইলেক্ট্রোড হিসাবে তাদের ক্ষমতা আরও বোঝার জন্য, আমরা স্ট্রেনের অধীনে এমজিজি এবং জি-সিএনটি-জি-এর রূপচর্চা পদ্ধতিগতভাবে তদন্ত করেছি। অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি এবং স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) কার্যকরী চরিত্রায়ন পদ্ধতি নয় কারণ উভয়ই রঙের বৈপরীত্যের অভাব এবং SEM ইলেক্ট্রন স্ক্যান করার সময় ইমেজ আর্টিফ্যাক্টের সাপেক্ষে যখন গ্রাফিন পলিমার সাবস্ট্রেটে থাকে (ডুমুর S9 এবং S10)। স্ট্রেনের অধীনে গ্রাফিন পৃষ্ঠের অবস্থা পর্যবেক্ষণ করার জন্য, আমরা খুব পাতলা (~0.1 মিমি পুরু) এবং ইলাস্টিক SEBS সাবস্ট্রেটগুলিতে স্থানান্তর করার পরে ট্রাইলেয়ার MGGs এবং প্লেইন গ্রাফিনে AFM পরিমাপ সংগ্রহ করেছি। CVD গ্রাফিনের অভ্যন্তরীণ ত্রুটি এবং স্থানান্তর প্রক্রিয়ার সময় বাহ্যিক ক্ষতির কারণে, স্ট্রেন করা গ্রাফিনে অনিবার্যভাবে ফাটল তৈরি হয় এবং ক্রমবর্ধমান স্ট্রেনের সাথে ফাটলগুলি আরও ঘন হয়ে ওঠে (চিত্র 4, A থেকে D)। কার্বন-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোডের স্ট্যাকিং কাঠামোর উপর নির্ভর করে, ফাটলগুলি বিভিন্ন আকারের (fig. S11) (27) প্রদর্শন করে। মাল্টিলেয়ার গ্রাফিনের ক্র্যাক এরিয়া ঘনত্ব (ক্র্যাক এরিয়া/বিশ্লেষিত এলাকা হিসেবে সংজ্ঞায়িত) স্ট্রেনের পরে মনোলেয়ার গ্রাফিনের চেয়ে কম, যা MGG-এর বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। অন্যদিকে, স্ক্রোলগুলি প্রায়শই ফাটলগুলি ব্রিজ করার জন্য পরিলক্ষিত হয়, যা চাপা ফিল্মে অতিরিক্ত পরিবাহী পথ সরবরাহ করে। উদাহরণস্বরূপ, চিত্র 4B-এর ছবিতে লেবেলযুক্ত, একটি প্রশস্ত স্ক্রোল ট্রাইলেয়ার MGG-তে একটি ফাটল অতিক্রম করেছে, কিন্তু প্লেইন গ্রাফিনে (চিত্র 4, ই থেকে এইচ) কোনো স্ক্রোল দেখা যায়নি। একইভাবে, CNT গুলি গ্রাফিনের ফাটলগুলিও দূর করে (চিত্র S11)। ফাটল এলাকার ঘনত্ব, স্ক্রোল এলাকার ঘনত্ব এবং ফিল্মগুলির রুক্ষতা চিত্র 4K-এ সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে।
(A থেকে H) 0, 20, 60, এবং 100 এ খুব পাতলা SEBS (~0.1 মিমি পুরু) ইলাস্টোমারে ট্রাইলেয়ার G/G স্ক্রোল (A থেকে D) এবং ট্রাইলেয়ার G স্ট্রাকচারের (E থেকে H) AFM চিত্রগুলি % স্ট্রেন। প্রতিনিধি ফাটল এবং স্ক্রোল তীর দিয়ে নির্দেশ করা হয়. সমস্ত AFM চিত্রগুলি 15 μm × 15 μm একটি এলাকায়, লেবেলযুক্ত একই রঙের স্কেল বার ব্যবহার করে। (I) SEBS সাবস্ট্রেটে প্যাটার্নযুক্ত মনোলেয়ার গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের সিমুলেশন জ্যামিতি। (J) মনোলেয়ার গ্রাফিনে সর্বাধিক প্রধান লগারিদমিক স্ট্রেনের সিমুলেশন কনট্যুর মানচিত্র এবং 20% বাহ্যিক স্ট্রেনে SEBS সাবস্ট্রেট। (কে) বিভিন্ন গ্রাফিন কাঠামোর জন্য ক্র্যাক এলাকার ঘনত্ব (লাল কলাম), স্ক্রোল এলাকার ঘনত্ব (হলুদ কলাম), এবং পৃষ্ঠের রুক্ষতা (নীল কলাম) এর তুলনা।
যখন MGG ফিল্মগুলি প্রসারিত করা হয়, তখন একটি গুরুত্বপূর্ণ অতিরিক্ত প্রক্রিয়া থাকে যে স্ক্রোলগুলি গ্রাফিনের ফাটলযুক্ত অঞ্চলগুলিকে সেতু করতে পারে, একটি পারকোলেটিং নেটওয়ার্ক বজায় রাখে। গ্রাফিন স্ক্রোলগুলি প্রতিশ্রুতিশীল কারণ তারা দৈর্ঘ্যে দশ মাইক্রোমিটার হতে পারে এবং তাই সাধারণত মাইক্রোমিটার স্কেল পর্যন্ত ফাটলগুলি ব্রিজ করতে সক্ষম। তদ্ব্যতীত, যেহেতু স্ক্রোলগুলি গ্রাফিনের বহুস্তর নিয়ে গঠিত, তাদের কম প্রতিরোধের আশা করা হচ্ছে। তুলনামূলকভাবে, তুলনামূলকভাবে ঘন (নিম্ন ট্রান্সমিট্যান্স) সিএনটি নেটওয়ার্কগুলিকে তুলনামূলক পরিবাহী ব্রিজিং ক্ষমতা প্রদানের জন্য প্রয়োজন, কারণ সিএনটিগুলি ছোট (সাধারণত দৈর্ঘ্যে কয়েক মাইক্রোমিটার) এবং স্ক্রলের তুলনায় কম পরিবাহী। অন্যদিকে, যেমন চিত্রে দেখানো হয়েছে। S12, যেখানে স্ট্রেচিংয়ের সময় গ্রাফিন ফাটল ধরে স্ট্রেন মিটমাট করার জন্য, স্ক্রোলগুলি ফাটল না, ইঙ্গিত করে যে পরবর্তীটি অন্তর্নিহিত গ্রাফিনের উপর স্লাইডিং হতে পারে। গ্রাফিনের অনেক স্তর (~1 থেকে 2 0 μm লম্বা, ~0.1 থেকে 1 μm চওড়া, এবং ~10 থেকে 100 nm উচ্চ) দ্বারা গঠিত রোলড-আপ কাঠামোর কারণে এগুলি ফাটল না বলে কারণ হতে পারে। একক-স্তর গ্রাফিনের চেয়ে উচ্চতর কার্যকরী মডুলাস। Green and Hersam (42) দ্বারা রিপোর্ট করা হয়েছে, ধাতব CNT নেটওয়ার্কগুলি (1.0 nm এর টিউব ব্যাস) CNT-গুলির মধ্যে বড় সংযোগ প্রতিরোধের সত্ত্বেও কম শীট প্রতিরোধের <100 ohms/sq অর্জন করতে পারে। আমাদের গ্রাফিন স্ক্রলগুলির প্রস্থ 0.1 থেকে 1 μm এবং G/G স্ক্রলগুলির CNT-এর তুলনায় অনেক বড় যোগাযোগের ক্ষেত্র রয়েছে তা বিবেচনা করে, গ্রাফিন এবং গ্রাফিন স্ক্রোলগুলির মধ্যে যোগাযোগের প্রতিরোধ এবং যোগাযোগের ক্ষেত্র উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখার জন্য সীমাবদ্ধ কারণগুলিকে সীমাবদ্ধ করা উচিত নয়।
গ্রাফিনে এসইবিএস সাবস্ট্রেটের চেয়ে অনেক বেশি মডুলাস রয়েছে। যদিও গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের কার্যকরী পুরুত্ব সাবস্ট্রেটের তুলনায় অনেক কম, গ্রাফিনের দৃঢ়তা বার এর পুরুত্ব সাবস্ট্রেটের (43, 44) সাথে তুলনীয়, যার ফলে একটি মাঝারি অনমনীয়-দ্বীপ প্রভাব দেখা দেয়। আমরা একটি এসইবিএস সাবস্ট্রেটে 1-এনএম-পুরু গ্রাফিনের বিকৃতিকে সিমুলেট করেছি (বিশদ বিবরণের জন্য পরিপূরক সামগ্রী দেখুন)। সিমুলেশনের ফলাফল অনুসারে, যখন SEBS সাবস্ট্রেটে বাহ্যিকভাবে 20% স্ট্রেন প্রয়োগ করা হয়, তখন গ্রাফিনের গড় স্ট্রেন হয় ~6.6% (চিত্র 4J এবং ডুমুর। S13D), যা পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ (চিত্র দেখুন। S13) . আমরা অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে প্যাটার্নযুক্ত গ্রাফিন এবং সাবস্ট্রেট অঞ্চলের স্ট্রেনের তুলনা করেছি এবং গ্রাফিন অঞ্চলের স্ট্রেনের অন্তত দ্বিগুণ সাবস্ট্রেট অঞ্চলের স্ট্রেন খুঁজে পেয়েছি। এটি ইঙ্গিত দেয় যে গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড প্যাটার্নগুলিতে প্রয়োগ করা স্ট্রেন উল্লেখযোগ্যভাবে সীমাবদ্ধ হতে পারে, এসইবিএস (26, 43, 44) এর উপরে গ্রাফিন শক্ত দ্বীপ তৈরি করে।
অতএব, উচ্চ স্ট্রেনের অধীনে উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখার জন্য MGG ইলেক্ট্রোডের ক্ষমতা সম্ভবত দুটি প্রধান প্রক্রিয়া দ্বারা সক্রিয় করা হয়েছে: (i) স্ক্রোলগুলি একটি পরিবাহী পারকোলেশন পথ বজায় রাখতে সংযোগ বিচ্ছিন্ন অঞ্চলগুলিকে সেতু করতে পারে এবং (ii) মাল্টিলেয়ার গ্রাফিন শীট/ইলাস্টোমার স্লাইড করতে পারে। একে অপরের উপর, যার ফলে গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের উপর চাপ কমে যায়। ইলাস্টোমারে স্থানান্তরিত গ্রাফিনের একাধিক স্তরের জন্য, স্তরগুলি একে অপরের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত থাকে না, যা স্ট্রেনের প্রতিক্রিয়াতে স্লাইড হতে পারে (27)। স্ক্রোলগুলি গ্রাফিন স্তরগুলির রুক্ষতাও বাড়িয়েছে, যা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে বিচ্ছেদ বাড়াতে সাহায্য করতে পারে এবং তাই গ্রাফিন স্তরগুলির স্লাইডিং সক্ষম করতে পারে।
কম খরচে এবং উচ্চ থ্রুপুটের কারণে অল-কার্বন ডিভাইসগুলি উত্সাহের সাথে অনুসরণ করা হয়। আমাদের ক্ষেত্রে, অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি একটি নীচের গ্রাফিন গেট, একটি শীর্ষ গ্রাফিন উত্স/ড্রেন যোগাযোগ, একটি সাজানো CNT সেমিকন্ডাক্টর এবং SEBS একটি অস্তরক (চিত্র 5A) ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছিল। চিত্র 5B-তে দেখানো হয়েছে, উৎস/ড্রেন এবং গেট (নীচের ডিভাইস) হিসাবে CNT সহ একটি অল-কার্বন ডিভাইস গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড (শীর্ষ ডিভাইস) সহ ডিভাইসের চেয়ে বেশি অস্বচ্ছ। এর কারণ হল CNT নেটওয়ার্কের বৃহত্তর বেধের প্রয়োজন হয় এবং ফলস্বরূপ, গ্রাফিনের (চিত্র S4) মত শীট প্রতিরোধের জন্য কম অপটিক্যাল ট্রান্সমিট্যান্সের প্রয়োজন হয়। চিত্র 5 (C এবং D) বিলেয়ার MGG ইলেক্ট্রোড দিয়ে তৈরি একটি ট্রানজিস্টরের জন্য স্ট্রেন করার আগে প্রতিনিধি স্থানান্তর এবং আউটপুট বক্ররেখা দেখায়। আনস্ট্রেনড ট্রানজিস্টরের চ্যানেলের প্রস্থ এবং দৈর্ঘ্য যথাক্রমে 800 এবং 100 μm ছিল। যথাক্রমে 10−5 এবং 10−8 A স্তরে অন এবং অফ স্রোত সহ পরিমাপকৃত অন/অফ অনুপাত 103-এর বেশি। আউটপুট বক্ররেখা স্পষ্ট গেট-ভোল্টেজ নির্ভরতা সহ আদর্শ রৈখিক এবং সা টিউরেশন ব্যবস্থা প্রদর্শন করে, যা CNT এবং গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের মধ্যে আদর্শ যোগাযোগ নির্দেশ করে (45)। গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের সাথে যোগাযোগের প্রতিরোধ বাষ্পীভূত এউ ফিল্মের তুলনায় কম লক্ষ্য করা গেছে (চিত্র দেখুন S14)। প্রসারিত ট্রানজিস্টরের স্যাচুরেশন গতিশীলতা প্রায় 5.6 cm2/Vs, একই পলিমার-সর্টেড সিএনটি ট্রানজিস্টরের মতন অনমনীয় Si সাবস্ট্রেটে 300-nm SiO2 একটি ডাইলেকট্রিক স্তর হিসাবে। অপ্টিমাইজড টিউব ঘনত্ব এবং অন্যান্য ধরনের টিউব (46) দিয়ে গতিশীলতার আরও উন্নতি সম্ভব।
(ক) গ্রাফিন-ভিত্তিক প্রসারিত ট্রানজিস্টরের স্কিম। SWNTs, একক দেয়ালযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব। (B) গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড (শীর্ষ) এবং CNT ইলেক্ট্রোড (নীচ) দিয়ে তৈরি প্রসারিত ট্রানজিস্টরের ছবি। স্বচ্ছতার পার্থক্য স্পষ্টভাবে লক্ষণীয়। ( C এবং D) স্ট্রেন করার আগে এসইবিএস-এ গ্রাফিন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টরের স্থানান্তর এবং আউটপুট বক্ররেখা। (E এবং F) ট্রান্সফার কার্ভ, অন এবং অফ কারেন্ট, অন/অফ অনুপাত, এবং বিভিন্ন স্ট্রেনে গ্রাফিন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টরের গতিশীলতা।
যখন স্বচ্ছ, অল-কার্বন ডিভাইসটিকে চার্জ পরিবহনের দিকনির্দেশের সমান্তরাল দিকে প্রসারিত করা হয়েছিল, তখন 120% স্ট্রেন পর্যন্ত ন্যূনতম অবক্ষয় পরিলক্ষিত হয়েছিল। স্ট্রেচিংয়ের সময়, গতিশীলতা ক্রমাগত 0% স্ট্রেনে 5.6 cm2/Vs থেকে 120% স্ট্রেনে 2.5 cm2/Vs-এ নেমে আসে (চিত্র 5F)। আমরা বিভিন্ন চ্যানেলের দৈর্ঘ্যের জন্য ট্রানজিস্টরের কর্মক্ষমতা তুলনা করেছি (টেবিল S1 দেখুন)। উল্লেখযোগ্যভাবে, 105% এর মতো বড় স্ট্রেনে, এই সমস্ত ট্রানজিস্টর এখনও একটি উচ্চ অন/অফ অনুপাত (>103) এবং গতিশীলতা (>3 cm2/Vs) প্রদর্শন করে। উপরন্তু, আমরা অল-কার্বন ট্রানজিস্টর (টেবিল S2 দেখুন) (47-52) এর উপর সাম্প্রতিক সব কাজ সংক্ষিপ্ত করেছি। ইলাস্টোমারগুলিতে ডিভাইস তৈরির অপ্টিমাইজ করে এবং পরিচিতি হিসাবে MGGs ব্যবহার করে, আমাদের অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি গতিশীলতা এবং হিস্টেরেসিস এবং সেইসাথে উচ্চ প্রসারিত হওয়ার ক্ষেত্রে ভাল কার্যকারিতা দেখায়।
সম্পূর্ণ স্বচ্ছ এবং প্রসারিত ট্রানজিস্টরের প্রয়োগ হিসাবে, আমরা এটি একটি LED এর সুইচিং নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহার করেছি (চিত্র 6A)। চিত্র 6B-তে দেখানো হয়েছে, সরাসরি উপরে রাখা প্রসারিত অল-কার্বন ডিভাইসের মাধ্যমে সবুজ LED স্পষ্টভাবে দেখা যায়। ~100% (চিত্র 6, C এবং D) প্রসারিত করার সময়, LED আলোর তীব্রতা পরিবর্তিত হয় না, যা উপরে বর্ণিত ট্রানজিস্টরের কর্মক্ষমতার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ (মুভি S1 দেখুন)। এটি গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করে তৈরি প্রসারিত নিয়ন্ত্রণ ইউনিটের প্রথম প্রতিবেদন, গ্রাফিন প্রসারিতযোগ্য ইলেকট্রনিক্সের জন্য একটি নতুন সম্ভাবনা প্রদর্শন করে।
(A) LED চালানোর জন্য একটি ট্রানজিস্টরের সার্কিট। GND, স্থল. (B) একটি সবুজ LED এর উপরে 0% স্ট্রেনে প্রসারিত এবং স্বচ্ছ অল-কার্বন ট্রানজিস্টরের ছবি। (C) LED স্যুইচ করতে ব্যবহৃত অল-কার্বন স্বচ্ছ এবং প্রসারিত ট্রানজিস্টর LED-এর উপরে 0% (বাম) এবং ~100% স্ট্রেন (ডান) এ মাউন্ট করা হচ্ছে। সাদা তীরগুলি ডিভাইসে হলুদ চিহ্নিতকারী হিসাবে নির্দেশ করে যাতে দূরত্বের পরিবর্তন প্রসারিত হয়। (D) প্রসারিত ট্রানজিস্টরের পাশের দৃশ্য, এলইডিটি ইলাস্টোমারে ঠেলে দিয়ে।
উপসংহারে, আমরা একটি স্বচ্ছ পরিবাহী গ্রাফিন কাঠামো তৈরি করেছি যা স্ট্রেচেবল ইলেক্ট্রোড হিসাবে বড় স্ট্রেনের অধীনে উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখে, স্ট্যাক করা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে গ্রাফিন ন্যানোস্ক্রোল দ্বারা সক্ষম। একটি ইলাস্টোমারে এই দ্বি- এবং ট্রাইলেয়ার MGG ইলেক্ট্রোড স্ট্রাকচারগুলি তাদের 0% স্ট্রেন পরিবাহিতা যথাক্রমে 21 এবং 65% বজায় রাখতে পারে 100% পর্যন্ত উচ্চ স্ট্রেনে, সাধারণ মনোলেয়ার গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের জন্য 5% স্ট্রেনে পরিবাহিতা সম্পূর্ণ ক্ষতির তুলনায়। . গ্রাফিন স্ক্রোলগুলির অতিরিক্ত পরিবাহী পথের পাশাপাশি স্থানান্তরিত স্তরগুলির মধ্যে দুর্বল মিথস্ক্রিয়া স্ট্রেনের অধীনে উচ্চতর পরিবাহিতা স্থিতিশীলতায় অবদান রাখে। আমরা অল-কার্বন প্রসারিত ট্রানজিস্টর তৈরি করতে এই গ্রাফিন কাঠামোটি আরও প্রয়োগ করেছি। এখন পর্যন্ত, এটি হল সবচেয়ে প্রসারিত গ্রাফিন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টর যা বকলিং ব্যবহার না করেই সর্বোত্তম স্বচ্ছতার সাথে। যদিও বর্তমান অধ্যয়নটি প্রসারিত ইলেকট্রনিক্সের জন্য গ্রাফিন সক্ষম করার জন্য পরিচালিত হয়েছিল, আমরা বিশ্বাস করি যে এই পদ্ধতিটি প্রসারিতযোগ্য 2D ইলেকট্রনিক্স সক্ষম করতে অন্যান্য 2D উপকরণগুলিতে প্রসারিত করা যেতে পারে।
বৃহৎ-ক্ষেত্রের CVD গ্রাফিন সাসপেন্ডেড কিউ ফয়েলে (99.999%; আলফা আইসার) 0.5 mtorr এর ধ্রুবক চাপে 50–SCCM (প্রতি মিনিটে স্ট্যান্ডার্ড কিউবিক সেন্টিমিটার) CH4 এবং 20–SCCM H2 অগ্রদূত হিসাবে 1000°C তাপমাত্রায় জন্মানো হয়েছিল। কিউ ফয়েলের উভয় দিকই মনোলেয়ার গ্রাফিন দ্বারা আবৃত ছিল। PMMA এর একটি পাতলা স্তর (2000 rpm; A4, Microchem) Cu ফয়েলের একপাশে স্পিন-কোটেড ছিল, যা একটি PMMA/G/Cu ফয়েল/G কাঠামো তৈরি করে। পরবর্তীকালে, পুরো ফিল্মটি 0.1 এম অ্যামোনিয়াম পারসালফেট [(NH4)2S2O8] দ্রবণে প্রায় 2 ঘন্টা ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল যাতে কিউ ফয়েলটি কেটে যায়। এই প্রক্রিয়া চলাকালীন, অরক্ষিত পিছনের গ্রাফিনটি প্রথমে শস্যের সীমানা বরাবর ছিঁড়ে যায় এবং তারপর পৃষ্ঠের টানের কারণে স্ক্রোলগুলিতে গড়িয়ে যায়। স্ক্রোলগুলি PMMA-সমর্থিত উপরের গ্রাফিন ফিল্মের সাথে সংযুক্ত ছিল, PMMA/G/G স্ক্রোল তৈরি করে। ফিল্মগুলি পরবর্তীকালে ডিআয়নাইজড জলে বেশ কয়েকবার ধোয়া হয় এবং একটি টার্গেট সাবস্ট্রেটের উপর রাখা হয়, যেমন একটি অনমনীয় SiO2/Si বা প্লাস্টিক সাবস্ট্রেট। সংযুক্ত ফিল্মটি সাবস্ট্রেটে শুকানোর সাথে সাথে, নমুনাটি ক্রমানুসারে এসিটোন, 1:1 অ্যাসিটোন/আইপিএ (আইসোপ্রোপাইল অ্যালকোহল) এবং পিএমএমএ অপসারণের জন্য 30 সেকেন্ডের জন্য আইপিএ ভিজিয়ে রাখা হয়। ফিল্মগুলিকে 15 মিনিটের জন্য 100 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়েছিল বা G/G স্ক্রলের আরেকটি স্তর এটিতে স্থানান্তরিত হওয়ার আগে আটকে থাকা জলকে সম্পূর্ণরূপে অপসারণের জন্য রাতারাতি ভ্যাকুয়ামে রাখা হয়েছিল। এই পদক্ষেপটি ছিল সাবস্ট্রেট থেকে গ্রাফিন ফিল্মের বিচ্ছিন্নতা এড়াতে এবং পিএমএমএ ক্যারিয়ার স্তর প্রকাশের সময় এমজিজিগুলির সম্পূর্ণ কভারেজ নিশ্চিত করার জন্য।
একটি অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপ (লাইকা) এবং একটি স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (1 kV; FEI) ব্যবহার করে MGG কাঠামোর রূপবিদ্যা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। একটি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ (ন্যানোস্কোপ III, ডিজিটাল যন্ত্র) G স্ক্রোলগুলির বিশদ পর্যবেক্ষণ করার জন্য ট্যাপিং মোডে চালিত হয়েছিল। ফিল্মের স্বচ্ছতা একটি অতিবেগুনী-দৃশ্যমান স্পেকট্রোমিটার (Agilent Cary 6000i) দ্বারা পরীক্ষা করা হয়েছিল। পরীক্ষার জন্য যখন স্ট্রেনটি বর্তমান প্রবাহের লম্ব দিক বরাবর ছিল, ফটোলিথোগ্রাফি এবং O2 প্লাজমা গ্রাফিন কাঠামোকে স্ট্রিপগুলিতে প্যাটার্ন করার জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল (~300 μm চওড়া এবং ~2000 μm লম্বা), এবং Au (50 nm) ইলেক্ট্রোডগুলি তাপীয়ভাবে জমা করা হয়েছিল। দীর্ঘ দিকের উভয় প্রান্তে ছায়া মুখোশ। গ্রাফিনের স্ট্রিপগুলিকে তখন একটি SEBS ইলাস্টোমারের (~2 সেমি চওড়া এবং ~5 সেমি লম্বা) সংস্পর্শে রাখা হয়েছিল, SEBS এর সংক্ষিপ্ত দিকের সমান্তরাল স্ট্রিপগুলির দীর্ঘ অক্ষের সাথে BOE (বাফারড অক্সাইড ইচ) (HF:H2O) 1:6) এচিং এবং ইউটেকটিক গ্যালিয়াম ইন্ডিয়াম (EGaIn) বৈদ্যুতিক যোগাযোগ হিসাবে। সমান্তরাল স্ট্রেন পরীক্ষার জন্য, প্যাটার্নবিহীন গ্রাফিন স্ট্রাকচার es (~5 × 10 মিমি) এসইবিএস সাবস্ট্রেটে স্থানান্তরিত করা হয়েছিল, এসইবিএস সাবস্ট্রেটের দীর্ঘ দিকে সমান্তরাল লম্বা অক্ষগুলি সহ। উভয় ক্ষেত্রেই, সম্পূর্ণ জি (জি স্ক্রোল ছাড়া)/এসইবিএস একটি ম্যানুয়াল যন্ত্রে ইলাস্টোমারের দীর্ঘ পাশে প্রসারিত করা হয়েছিল এবং সিটুতে, আমরা একটি সেমিকন্ডাক্টর বিশ্লেষক (কিথলি 4200) দিয়ে একটি প্রোব স্টেশনে স্ট্রেনের অধীনে তাদের প্রতিরোধের পরিবর্তনগুলি পরিমাপ করেছি। -এসসিএস)।
একটি ইলাস্টিক সাবস্ট্রেটে অত্যন্ত প্রসারিত এবং স্বচ্ছ অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি পলিমার ডাইলেকট্রিক এবং সাবস্ট্রেটের জৈব দ্রাবক ক্ষতি এড়াতে নিম্নলিখিত পদ্ধতিগুলি দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল। MGG কাঠামো গেট ইলেক্ট্রোড হিসাবে এসইবিএস-এ স্থানান্তরিত হয়েছিল। একটি অভিন্ন পাতলা-ফিল্ম পলিমার ডাইলেকট্রিক স্তর (2 μm পুরু) পাওয়ার জন্য, একটি SEBS টলুইন (80 mg/ml) দ্রবণ একটি octadecyltrichlorosilane (OTS)-পরিবর্তিত SiO2/Si সাবস্ট্রেটে 1 মিনিটের জন্য 1000 rpm-এ স্পিন-কোটেড করা হয়েছিল। পাতলা ডাইইলেকট্রিক ফিল্মটি হাইড্রোফোবিক ওটিএস পৃষ্ঠ থেকে প্রস্তুতকৃত গ্রাফিন দ্বারা আবৃত এসইবিএস সাবস্ট্রেটে সহজেই স্থানান্তরিত হতে পারে। একটি তরল-ধাতু (EGaIn; Sigma-Aldrich) শীর্ষ ইলেক্ট্রোড জমা করে একটি ক্যাপাসিটর তৈরি করা যেতে পারে একটি LCR (ইন্ডাকট্যান্স, ক্যাপাসিট্যান্স, রেজিস্ট্যান্স) মিটার (এজিলেন্ট) ব্যবহার করে স্ট্রেনের একটি ফাংশন হিসাবে ক্যাপাসিট্যান্স নির্ধারণ করতে। ট্রানজিস্টরের অন্য অংশে পলিমার-সর্ট সেমিকন্ডাক্টিং সিএনটি রয়েছে, পূর্বে রিপোর্ট করা পদ্ধতি অনুসরণ করে (53)। প্যাটার্নযুক্ত উত্স/ড্রেন ইলেক্ট্রোডগুলি কঠোর SiO2/Si সাবস্ট্রেটগুলিতে তৈরি করা হয়েছিল। পরবর্তীকালে, দুটি অংশ, ডাইইলেকট্রিক/G/SEBS এবং CNTs/প্যাটার্নযুক্ত G/SiO2/Si, একে অপরের সাথে লেমিনেট করা হয়েছিল, এবং কঠোর SiO2/Si সাবস্ট্রেট অপসারণের জন্য BOE-তে ভিজিয়ে দেওয়া হয়েছিল। এইভাবে, সম্পূর্ণ স্বচ্ছ এবং প্রসারিত ট্রানজিস্টরগুলি তৈরি করা হয়েছিল। স্ট্রেনের অধীনে বৈদ্যুতিক পরীক্ষাটি পূর্বোক্ত পদ্ধতি হিসাবে একটি ম্যানুয়াল স্ট্রেচিং সেটআপে সম্পাদিত হয়েছিল।
এই নিবন্ধের জন্য সম্পূরক উপাদান http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 এ উপলব্ধ
ডুমুর S1. বিভিন্ন ম্যাগনিফিকেশনে SiO2/Si সাবস্ট্রেটে মনোলেয়ার MGG-এর অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি ছবি।
ডুমুর S4. দ্বি-প্রোব শীট রেজিস্ট্যান্স এবং ট্রান্সমিট্যান্সের তুলনা @550 এনএম মনো-, দ্বি- এবং ট্রাইলেয়ার প্লেইন গ্রাফিন (কালো বর্গক্ষেত্র), MGG (লাল বৃত্ত), এবং CNTs (নীল ত্রিভুজ)।
ডুমুর S7. ~1000 সাইক্লিক স্ট্রেনের অধীনে মনো- এবং বাইলেয়ার এমজিজি (কালো) এবং জি (লাল) এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন যথাক্রমে 40 এবং 90% সমান্তরাল স্ট্রেন পর্যন্ত লোড হচ্ছে।
ডুমুর S10. স্ট্রেনের পরে এসইবিএস ইলাস্টোমারে ট্রাইলেয়ার এমজিজির এসইএম চিত্র, বেশ কয়েকটি ফাটল ধরে একটি দীর্ঘ স্ক্রোল ক্রস দেখাচ্ছে।
ডুমুর S12. 20% স্ট্রেনে খুব পাতলা SEBS ইলাস্টোমারে ট্রাইলেয়ার MGG-এর AFM চিত্র, দেখায় যে একটি স্ক্রল একটি ফাটলের উপর দিয়ে অতিক্রম করেছে।
টেবিল S1। স্ট্রেনের আগে এবং পরে বিভিন্ন চ্যানেলের দৈর্ঘ্যে বিলেয়ার এমজিজি–একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব ট্রানজিস্টরের গতিশীলতা।
এটি ক্রিয়েটিভ কমন্স অ্যাট্রিবিউশন-অবাণিজ্যিক লাইসেন্সের শর্তাবলীর অধীনে বিতরণ করা একটি ওপেন-অ্যাক্সেস নিবন্ধ, যা যেকোনো মাধ্যমের ব্যবহার, বিতরণ এবং পুনরুত্পাদনের অনুমতি দেয়, যতক্ষণ না ফলস্বরূপ ব্যবহার বাণিজ্যিক সুবিধার জন্য না হয় এবং যদি মূল কাজটি সঠিকভাবে হয় উদ্ধৃত
দ্রষ্টব্য: আমরা শুধুমাত্র আপনার ইমেল ঠিকানার জন্য অনুরোধ করছি যাতে আপনি যে ব্যক্তিকে পৃষ্ঠাটির সুপারিশ করছেন তা জানতে পারে যে আপনি তাদের এটি দেখতে চান এবং এটি জাঙ্ক মেল নয়। আমরা কোনো ইমেল ঠিকানা ক্যাপচার না.
এই প্রশ্নটি আপনি একজন মানব দর্শক কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য এবং স্বয়ংক্রিয় স্প্যাম জমা প্রতিরোধ করার জন্য।
নান লিউ, অ্যালেক্স চোরতোস, টিং লেই, লিহুয়া জিন, তাইহো রয় কিম, ওয়ান-গিউ বে, চেনজিন ঝু, সিহং ওয়াং, রাফেল প্যাটনার, জিয়ুয়ান চেন, রবার্ট সিনক্লেয়ার, জেনান বাও লিখেছেন
নান লিউ, অ্যালেক্স চোরতোস, টিং লেই, লিহুয়া জিন, তাইহো রয় কিম, ওয়ান-গিউ বে, চেনজিন ঝু, সিহং ওয়াং, রাফেল প্যাটনার, জিয়ুয়ান চেন, রবার্ট সিনক্লেয়ার, জেনান বাও লিখেছেন
© 2021 আমেরিকান অ্যাসোসিয়েশন ফর দ্য অ্যাডভান্সমেন্ট অফ সায়েন্স। সর্বস্বত্ব সংরক্ষিত AAAS হল HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef এবং COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 এর অংশীদার।