অতিস্বচ্ছ এবং প্রসারিত গ্রাফিন ইলেকট্রোড

গ্রাফিনের মতো দ্বি-মাত্রিক উপকরণ, প্রচলিত অর্ধপরিবাহী অ্যাপ্লিকেশন এবং নমনীয় ইলেকট্রনিক্সে নবজাতক অ্যাপ্লিকেশন উভয়ের জন্যই আকর্ষণীয়। তবে, গ্রাফিনের উচ্চ প্রসার্য শক্তির ফলে কম স্ট্রেনে ফ্র্যাকচার হয়, যার ফলে প্রসারিত ইলেকট্রনিক্সে এর অসাধারণ ইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যের সুবিধা নেওয়া কঠিন হয়ে পড়ে। স্বচ্ছ গ্রাফিন পরিবাহীগুলির চমৎকার স্ট্রেন-নির্ভর কর্মক্ষমতা সক্ষম করার জন্য, আমরা স্ট্যাক করা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে গ্রাফিন ন্যানোস্ক্রোল তৈরি করেছি, যাকে মাল্টিলেয়ার গ্রাফিন/গ্রাফিন স্ক্রোল (MGGs) বলা হয়। স্ট্রেনের অধীনে, কিছু স্ক্রোল গ্রাফিনের খণ্ডিত ডোমেনগুলিকে সেতুবন্ধন করে একটি পারকোলেটিং নেটওয়ার্ক বজায় রাখে যা উচ্চ স্ট্রেনে চমৎকার পরিবাহিতা সক্ষম করে। ইলাস্টোমারে সমর্থিত ট্রাইলেয়ার MGGগুলি তাদের মূল পরিবাহিতার 65% 100% স্ট্রেনে ধরে রাখে, যা কারেন্ট প্রবাহের দিকের লম্ব, যেখানে ন্যানোস্ক্রোল ছাড়া গ্রাফিনের ট্রাইলেয়ার ফিল্মগুলি তাদের প্রাথমিক পরিবাহিতার মাত্র 25% ধরে রাখে। MGG গুলিকে ইলেক্ট্রোড হিসেবে ব্যবহার করে তৈরি একটি প্রসারিতযোগ্য অল-কার্বন ট্রানজিস্টর 90% এর বেশি ট্রান্সমিট্যান্স প্রদর্শন করেছিল এবং 120% স্ট্রেনে (চার্জ পরিবহনের দিকের সমান্তরাল) এর মূল বর্তমান আউটপুটের 60% ধরে রেখেছিল। এই অত্যন্ত প্রসারিতযোগ্য এবং স্বচ্ছ অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি অত্যাধুনিক প্রসারিতযোগ্য অপটোইলেক্ট্রনিক্স সক্ষম করতে পারে।
স্ট্রেচেবল ট্রান্সপারেন্ট ইলেকট্রনিক্স একটি ক্রমবর্ধমান ক্ষেত্র যার উন্নত জৈব-সংহত সিস্টেমে গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ রয়েছে (1, 2) এবং পরিশীলিত নরম রোবোটিক্স এবং ডিসপ্লে তৈরির জন্য স্ট্রেচেবল অপটোইলেক্ট্রনিক্সের (3, 4) সাথে একীভূত হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে। গ্রাফিন পারমাণবিক পুরুত্ব, উচ্চ স্বচ্ছতা এবং উচ্চ পরিবাহিতার অত্যন্ত আকাঙ্ক্ষিত বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, তবে ছোট স্ট্রেনে ফাটল ধরার প্রবণতার কারণে স্ট্রেচেবল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে এর বাস্তবায়ন বাধাগ্রস্ত হয়েছে। গ্রাফিনের যান্ত্রিক সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করলে স্ট্রেচেবল স্বচ্ছ ডিভাইসগুলিতে নতুন কার্যকারিতা সক্ষম হতে পারে।
গ্রাফিনের অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি এটিকে পরবর্তী প্রজন্মের স্বচ্ছ পরিবাহী ইলেকট্রোডের জন্য একটি শক্তিশালী প্রার্থী করে তোলে (5, 6)। সর্বাধিক ব্যবহৃত স্বচ্ছ পরিবাহী, ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড [ITO; 100 ohms/square (sq) 90% স্বচ্ছতা] এর সাথে তুলনা করলে, রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) দ্বারা উত্থিত মনোলেয়ার গ্রাফিনের শীট প্রতিরোধের (125 ohms/sq) এবং স্বচ্ছতা (97.4%) (5) এর অনুরূপ সমন্বয় রয়েছে। এছাড়াও, ITO (7) এর তুলনায় গ্রাফিন ফিল্মগুলির অসাধারণ নমনীয়তা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, একটি প্লাস্টিকের সাবস্ট্রেটে, এর পরিবাহিতা 0.8 মিমি (8) এর মতো ছোট বক্রতার বাঁকানো ব্যাসার্ধের জন্যও ধরে রাখা যেতে পারে। স্বচ্ছ নমনীয় পরিবাহী হিসাবে এর বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা আরও উন্নত করার জন্য, পূর্ববর্তী কাজগুলি এক-মাত্রিক (1D) সিলভার ন্যানোওয়্যার বা কার্বন ন্যানোটিউব (CNTs) (9-11) সহ গ্রাফিন হাইব্রিড উপকরণ তৈরি করেছে। অধিকন্তু, গ্রাফিন মিশ্র মাত্রিক হেটেরোস্ট্রাকচারাল সেমিকন্ডাক্টর (যেমন 2D বাল্ক Si, 1D ন্যানোওয়্যার/ন্যানোটিউব এবং 0D কোয়ান্টাম ডট) (12), নমনীয় ট্রানজিস্টর, সৌর কোষ এবং আলোক-নির্গমনকারী ডায়োড (LED) (13-23) এর জন্য ইলেক্ট্রোড হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছে।
যদিও নমনীয় ইলেকট্রনিক্সের ক্ষেত্রে গ্রাফিন আশাব্যঞ্জক ফলাফল দেখিয়েছে, প্রসারিতযোগ্য ইলেকট্রনিক্সে এর প্রয়োগ এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের কারণে সীমিত (17, 24, 25); গ্রাফিনের ইন-প্লেন স্টিফনেস 340 N/m এবং ইয়ং'স মডুলাস 0.5 TPa (26)। শক্তিশালী কার্বন-কার্বন নেটওয়ার্ক প্রয়োগকৃত স্ট্রেনের জন্য কোনও শক্তি অপচয় প্রক্রিয়া প্রদান করে না এবং তাই 5% এর কম স্ট্রেনে সহজেই ফাটল ধরে। উদাহরণস্বরূপ, একটি পলিডাইমিথাইলসিলোক্সেন (PDMS) ইলাস্টিক সাবস্ট্রেটে স্থানান্তরিত CVD গ্রাফিন শুধুমাত্র 6% এর কম স্ট্রেনে তার পরিবাহিতা বজায় রাখতে পারে (8)। ​​তাত্ত্বিক গণনা দেখায় যে বিভিন্ন স্তরের মধ্যে ক্র্যাম্পলিং এবং ইন্টারপ্লে দৃঢ়তাকে দৃঢ়তা হ্রাস করবে (26)। গ্রাফিনকে একাধিক স্তরে স্ট্যাক করে, রিপোর্ট করা হয়েছে যে এই দ্বি- বা ত্রিস্তর গ্রাফিন 30% স্ট্রেনে প্রসারিতযোগ্য, যা মনোলেয়ার গ্রাফিনের তুলনায় 13 গুণ ছোট প্রতিরোধের পরিবর্তন প্রদর্শন করে (27)। তবে, এই প্রসারিতযোগ্যতা এখনও অত্যাধুনিক প্রসারিতযোগ্য সি অনডাক্টরগুলির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে নিম্নমানের (28, 29)।
স্ট্রেচেবল অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ট্রানজিস্টর গুরুত্বপূর্ণ কারণ তারা অত্যাধুনিক সেন্সর রিডআউট এবং সিগন্যাল বিশ্লেষণ সক্ষম করে (30, 31)। সোর্স/ড্রেন ইলেক্ট্রোড এবং চ্যানেল উপাদান হিসেবে মাল্টিলেয়ার গ্রাফিন সহ PDMS-এ ট্রানজিস্টরগুলি 5% স্ট্রেন পর্যন্ত বৈদ্যুতিক কার্যকারিতা বজায় রাখতে পারে (32), যা পরিধেয় স্বাস্থ্য-পর্যবেক্ষণ সেন্সর এবং ইলেকট্রনিক ত্বকের জন্য ন্যূনতম প্রয়োজনীয় মানের (~50%) থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে কম (33, 34)। সম্প্রতি, একটি গ্রাফিন কিরিগামি পদ্ধতি অন্বেষণ করা হয়েছে, এবং একটি তরল ইলেক্ট্রোলাইট দ্বারা গেটেড ট্রানজিস্টরকে 240% পর্যন্ত প্রসারিত করা যেতে পারে (35)। তবে, এই পদ্ধতিতে সাসপেন্ডেড গ্রাফিনের প্রয়োজন হয়, যা তৈরির প্রক্রিয়াটিকে জটিল করে তোলে।
এখানে, আমরা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে গ্রাফিন স্ক্রোলগুলিকে (~1 থেকে 20 μm লম্বা, ~0.1 থেকে 1 μm চওড়া এবং ~10 থেকে 100 nm উঁচু) আন্তঃক্যালেট করে অত্যন্ত প্রসারিতযোগ্য গ্রাফিন ডিভাইস অর্জন করি। আমরা অনুমান করি যে এই গ্রাফিন স্ক্রোলগুলি গ্রাফিন শীটগুলিতে ফাটলগুলি পূরণ করার জন্য পরিবাহী পথ প্রদান করতে পারে, এইভাবে স্ট্রেনের অধীনে উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখে। গ্রাফিন স্ক্রোলগুলির জন্য অতিরিক্ত সংশ্লেষণ বা প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন হয় না; ওয়েট ট্রান্সফার প্রক্রিয়ার সময় এগুলি প্রাকৃতিকভাবে তৈরি হয়। মাল্টিলেয়ার G/G (গ্রাফিন/গ্রাফিন) স্ক্রোল (MGGs) গ্রাফিন স্ট্রেচেবল ইলেক্ট্রোড (উৎস/ড্রেন এবং গেট) এবং অর্ধপরিবাহী CNT ব্যবহার করে, আমরা অত্যন্ত স্বচ্ছ এবং অত্যন্ত প্রসারিতযোগ্য অল-কার্বন ট্রানজিস্টর প্রদর্শন করতে সক্ষম হয়েছি, যা 120% স্ট্রেনে (চার্জ পরিবহনের দিকের সমান্তরাল) প্রসারিত করা যেতে পারে এবং তাদের মূল বর্তমান আউটপুটের 60% ধরে রাখতে পারে। এটি এখন পর্যন্ত সবচেয়ে প্রসারিতযোগ্য স্বচ্ছ কার্বন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টর, এবং এটি একটি অজৈব LED চালানোর জন্য পর্যাপ্ত কারেন্ট সরবরাহ করে।
বৃহৎ-ক্ষেত্রফল স্বচ্ছ প্রসারিতযোগ্য গ্রাফিন ইলেকট্রোড সক্ষম করার জন্য, আমরা Cu ফয়েলের উপর CVD-উত্থিত গ্রাফিন বেছে নিলাম। Cu ফয়েলটি একটি CVD কোয়ার্টজ টিউবের কেন্দ্রে ঝুলিয়ে রাখা হয়েছিল যাতে উভয় দিকে গ্রাফিনের বৃদ্ধি ঘটে, যা G/Cu/G কাঠামো তৈরি করে। গ্রাফিন স্থানান্তর করার জন্য, আমরা প্রথমে গ্রাফিনের একপাশ রক্ষা করার জন্য পলি (মিথাইল মেথাক্রিলেট) (PMMA) এর একটি পাতলা স্তর স্পিন-লেপ দিয়েছিলাম, যাকে আমরা টপসাইড গ্রাফিন নাম দিয়েছিলাম (গ্রাফিনের অন্য পাশের জন্য বিপরীত), এবং পরবর্তীতে, সমগ্র ফিল্ম (PMMA/শীর্ষ গ্রাফিন/Cu/নীচ গ্রাফিন) (NH4)2S2O8 দ্রবণে ভিজিয়ে Cu ফয়েলটি খোদাই করা হয়েছিল। PMMA আবরণ ছাড়া নীচের দিকের গ্রাফিনে অনিবার্যভাবে ফাটল এবং ত্রুটি থাকবে যা একটি এচ্যান্টকে প্রবেশ করতে দেয় (36, 37)। চিত্র 1A তে দেখানো হয়েছে, পৃষ্ঠের টানের প্রভাবে, মুক্তিপ্রাপ্ত গ্রাফিন ডোমেনগুলি স্ক্রলে গড়িয়ে পরে অবশিষ্ট টপ-G/PMMA ফিল্মের সাথে সংযুক্ত করা হয়েছিল। উপরের-G/G স্ক্রোলগুলি যেকোনো সাবস্ট্রেটে স্থানান্তরিত হতে পারে, যেমন SiO2/Si, কাচ, অথবা নরম পলিমার। একই সাবস্ট্রেটে এই স্থানান্তর প্রক্রিয়াটি কয়েকবার পুনরাবৃত্তি করলে MGG কাঠামো পাওয়া যায়।
(A) প্রসারিতযোগ্য ইলেকট্রোড হিসেবে MGG-এর তৈরির পদ্ধতির পরিকল্পিত চিত্র। গ্রাফিন স্থানান্তরের সময়, Cu ফয়েলের পিছনের গ্রাফিন সীমানা এবং ত্রুটিগুলিতে ভেঙে ফেলা হয়েছিল, ইচ্ছামত আকারে গুটিয়ে নেওয়া হয়েছিল এবং উপরের ফিল্মের সাথে শক্তভাবে সংযুক্ত করা হয়েছিল, যার ফলে ন্যানোস্ক্রোল তৈরি হয়েছিল। চতুর্থ কার্টুনটি স্তূপীকৃত MGG কাঠামো চিত্রিত করে। (B এবং C) একটি মনোলেয়ার MGG-এর উচ্চ-রেজোলিউশন TEM বৈশিষ্ট্য, যথাক্রমে মনোলেয়ার গ্রাফিন (B) এবং স্ক্রোল (C) অঞ্চলের উপর ফোকাস করে। (B) এর ইনসেট হল একটি নিম্ন-বিবর্ধন চিত্র যা TEM গ্রিডে মনোলেয়ার MGG-এর সামগ্রিক রূপবিদ্যা দেখায়। (C) এর ইনসেট হল ছবিতে নির্দেশিত আয়তক্ষেত্রাকার বাক্স বরাবর নেওয়া তীব্রতা প্রোফাইল, যেখানে পারমাণবিক সমতলগুলির মধ্যে দূরত্ব 0.34 এবং 0.41 nm। (D) কার্বন K-এজ EEL বর্ণালী যার বৈশিষ্ট্যগত গ্রাফিক π* এবং σ* শীর্ষ লেবেলযুক্ত। (E) মনোলেয়ার G/G-এর বিভাগীয় AFM চিত্র হলুদ বিন্দুযুক্ত রেখা বরাবর উচ্চতা প্রোফাইল সহ স্ক্রোল করে। (F থেকে I) 300-nm-পুরু SiO2/Si সাবস্ট্রেটের উপর যথাক্রমে (F এবং H) এবং স্ক্রোল (G এবং I) সহ ট্রাইলেয়ার G এর অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি এবং AFM চিত্র। প্রতিনিধিত্বমূলক স্ক্রোল এবং বলিরেখাগুলিকে তাদের পার্থক্য তুলে ধরার জন্য লেবেল করা হয়েছিল।
স্ক্রোলগুলি ঘূর্ণিত গ্রাফিন প্রকৃতির কিনা তা যাচাই করার জন্য, আমরা মনোলেয়ার টপ-জি/জি স্ক্রোল স্ট্রাকচারের উপর উচ্চ-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (TEM) এবং ইলেকট্রন এনার্জি লস (EEL) স্পেকট্রোস্কোপি স্টাডি পরিচালনা করেছি। চিত্র 1B একটি মনোলেয়ার গ্রাফিনের ষড়ভুজাকার কাঠামো দেখায় এবং ইনসেটটি TEM গ্রিডের একটি একক কার্বন গর্তের উপর আচ্ছাদিত ফিল্মের সামগ্রিক রূপবিদ্যা। মনোলেয়ার গ্রাফিন গ্রিডের বেশিরভাগ অংশ জুড়ে থাকে এবং ষড়ভুজাকার রিংয়ের একাধিক স্ট্যাকের উপস্থিতিতে কিছু গ্রাফিন ফ্লেক্স দেখা যায় (চিত্র 1B)। একটি পৃথক স্ক্রোল (চিত্র 1C) জুম করে, আমরা প্রচুর পরিমাণে গ্রাফিন ল্যাটিস ফ্রিঞ্জ লক্ষ্য করেছি, যার জালির ব্যবধান 0.34 থেকে 0.41 nm এর মধ্যে। এই পরিমাপগুলি নির্দেশ করে যে ফ্লেক্সগুলি এলোমেলোভাবে ঘূর্ণিত হয় এবং নিখুঁত গ্রাফাইট নয়, যার "ABAB" স্তর স্ট্যাকিংয়ে 0.34 nm এর জালির ব্যবধান রয়েছে। চিত্র 1D কার্বন K-এজ EEL বর্ণালী দেখায়, যেখানে 285 eV-এর সর্বোচ্চ স্তর π* অরবিটাল থেকে উৎপন্ন হয় এবং অন্যটি 290 eV-এর কাছাকাছি σ* অরবিটালের পরিবর্তনের কারণে। দেখা যায় যে এই কাঠামোতে sp2 বন্ধন প্রাধান্য পায়, যা যাচাই করে যে স্ক্রোলগুলি অত্যন্ত গ্রাফিক।
অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি এবং অ্যাটমিক ফোর্স মাইক্রোস্কোপি (AFM) চিত্রগুলি MGG-তে গ্রাফিন ন্যানোস্ক্রোলের বিতরণ সম্পর্কে অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে (চিত্র 1, E থেকে G, এবং চিত্র 1 এবং S2)। স্ক্রোলগুলি এলোমেলোভাবে পৃষ্ঠের উপর বিতরণ করা হয় এবং তাদের সমতলের ঘনত্ব স্তূপীকৃত স্তরের সংখ্যার সাথে আনুপাতিকভাবে বৃদ্ধি পায়। অনেক স্ক্রোল গিঁটে জট পাকানো থাকে এবং 10 থেকে 100 nm পরিসরে অ-অভিন্ন উচ্চতা প্রদর্শন করে। তাদের প্রাথমিক গ্রাফিন ফ্লেকের আকারের উপর নির্ভর করে এগুলি 1 থেকে 20 μm লম্বা এবং 0.1 থেকে 1 μm প্রস্থের হয়। চিত্র 1 (H এবং I) তে দেখানো হয়েছে, স্ক্রোলগুলির আকার বলিরেখার তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বড়, যার ফলে গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে ইন্টারফেস অনেক বেশি রুক্ষ হয়ে যায়।
বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য পরিমাপ করার জন্য, আমরা ফটোলিথোগ্রাফি ব্যবহার করে স্ক্রোল স্ট্রাকচার এবং লেয়ার স্ট্যাকিং সহ বা ছাড়াই গ্রাফিন ফিল্ম প্যাটার্ন করেছি। স্ট্রেনের ফাংশন হিসাবে দুই-প্রোব রেজিস্ট্যান্সগুলি পরিবেশগত পরিস্থিতিতে পরিমাপ করা হয়েছিল। স্ক্রোলের উপস্থিতি মনোলেয়ার গ্রাফিনের প্রতিরোধ ক্ষমতা 80% হ্রাস করেছে, ট্রান্সমিট্যান্সে মাত্র 2.2% হ্রাস পেয়েছে (চিত্র S4)। এটি নিশ্চিত করে যে ন্যানোস্ক্রোলগুলি, যার উচ্চ কারেন্ট ঘনত্ব 5 × 107 A/cm2 (38, 39) পর্যন্ত, MGG-তে খুব ইতিবাচক বৈদ্যুতিক অবদান রাখে। সমস্ত মনো-, দ্বি-, এবং ত্রিস্তর প্লেইন গ্রাফিন এবং MGG-এর মধ্যে, ত্রিস্তর MGG-এর সর্বোত্তম পরিবাহিতা রয়েছে যার স্বচ্ছতা প্রায় 90%। সাহিত্যে উল্লিখিত গ্রাফিনের অন্যান্য উৎসের সাথে তুলনা করার জন্য, আমরা চার-প্রোব শিট প্রতিরোধের পরিমাপ করেছি (চিত্র S5) এবং চিত্র 2A-তে 550 nm (চিত্র S6) ট্রান্সমিট্যান্সের ফাংশন হিসাবে তাদের তালিকাভুক্ত করেছি। MGG কৃত্রিমভাবে স্ট্যাক করা মাল্টিলেয়ার প্লেইন গ্রাফিন এবং রিডিউসড গ্রাফিন অক্সাইড (RGO) (6, 8, 18) এর তুলনায় তুলনীয় বা উচ্চতর পরিবাহিতা এবং স্বচ্ছতা দেখায়। লক্ষ্য করুন যে সাহিত্য থেকে কৃত্রিমভাবে স্ট্যাক করা মাল্টিলেয়ার প্লেইন গ্রাফিনের শিট প্রতিরোধের আমাদের MGG এর তুলনায় সামান্য বেশি, সম্ভবত তাদের অপ্টিমাইজ করা বৃদ্ধির অবস্থা এবং স্থানান্তর পদ্ধতির কারণে।
(A) বিভিন্ন ধরণের গ্রাফিনের জন্য 550 nm-এ চার-প্রোব শিট প্রতিরোধের বিপরীতে ট্রান্সমিট্যান্স, যেখানে কালো বর্গক্ষেত্রগুলি মনো-, দ্বি- এবং ত্রিস্তরীয় MGG নির্দেশ করে; লাল বৃত্ত এবং নীল ত্রিভুজগুলি যথাক্রমে Li et al. (6) এবং Kim et al. (8) এর গবেষণা থেকে Cu এবং Ni-তে জন্মানো বহুস্তরীয় প্লেইন গ্রাফিনের সাথে মিলে যায় এবং পরবর্তীতে SiO2/Si বা কোয়ার্টজে স্থানান্তরিত হয়; এবং সবুজ ত্রিভুজগুলি Bonaccorso et al. (18) এর গবেষণা থেকে বিভিন্ন হ্রাসকারী ডিগ্রীতে RGO-এর মান। (B এবং C) বর্তমান প্রবাহের দিকে লম্ব (B) এবং সমান্তরাল (C) স্ট্রেনের ফাংশন হিসাবে মনো-, দ্বি- এবং ত্রিস্তরীয় MGG এবং G-এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন। (D) 50% লম্ব স্ট্রেনের সাইক্লিক স্ট্রেনের অধীনে দ্বিস্তর G (লাল) এবং MGG (কালো) এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন। (E) 90% সমান্তরাল স্ট্রেনের লোডিং পর্যন্ত সাইক্লিক স্ট্রেনের অধীনে ত্রিস্তর G (লাল) এবং MGG (কালো) এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন। (F) স্ট্রেনের ফাংশন হিসেবে মনো-, দ্বি- এবং ত্রিস্তর G এবং দ্বি- এবং ত্রিস্তর MGG-এর স্বাভাবিক ক্যাপাসিট্যান্স পরিবর্তন। ইনসেট হল ক্যাপাসিটরের কাঠামো, যেখানে পলিমার সাবস্ট্রেট হল SEBS এবং পলিমার ডাইইলেক্ট্রিক স্তর হল 2-μm-পুরু SEBS।
MGG-এর স্ট্রেন-নির্ভর কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন করার জন্য, আমরা গ্রাফিনকে থার্মোপ্লাস্টিক ইলাস্টোমার স্টাইরিন-ইথিলিন-বুটাডিয়ান-স্টাইরিন (SEBS) সাবস্ট্রেটের (~2 সেমি চওড়া এবং ~5 সেমি লম্বা) উপর স্থানান্তরিত করেছি, এবং সাবস্ট্রেটটি প্রসারিত হওয়ার সাথে সাথে পরিবাহিতা পরিমাপ করা হয়েছিল (উপকরণ এবং পদ্ধতি দেখুন) উভয়ই কারেন্ট প্রবাহের দিকে লম্ব এবং সমান্তরাল (চিত্র 2, B এবং C)। ন্যানোস্ক্রোল অন্তর্ভুক্ত করার সাথে সাথে গ্রাফিন স্তরের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে স্ট্রেন-নির্ভর বৈদ্যুতিক আচরণ উন্নত হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, যখন স্ট্রেন কারেন্ট প্রবাহের সাথে লম্ব হয়, তখন মনোলেয়ার গ্রাফিনের জন্য, স্ক্রোল যোগ করার ফলে বৈদ্যুতিক ভাঙ্গনে স্ট্রেন 5 থেকে 70% বৃদ্ধি পায়। মনোলেয়ার গ্রাফিনের তুলনায় ট্রাইলেয়ার গ্রাফিনের স্ট্রেন সহনশীলতাও উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়। ন্যানোস্ক্রোলগুলির সাথে, 100% লম্ব স্ট্রেনে, ট্রাইলেয়ার MGG কাঠামোর প্রতিরোধ ক্ষমতা মাত্র 50% বৃদ্ধি পেয়েছে, স্ক্রোল ছাড়াই ট্রাইলেয়ার গ্রাফিনের জন্য 300% এর তুলনায়। চক্রীয় স্ট্রেন লোডের অধীনে প্রতিরোধের পরিবর্তন তদন্ত করা হয়েছিল। তুলনার জন্য (চিত্র 2D), 50% লম্ব স্ট্রেনে ~700 চক্রের পরে একটি প্লেইন বাইলেয়ার গ্রাফিন ফিল্মের প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রায় 7.5 গুণ বৃদ্ধি পায় এবং প্রতিটি চক্রে স্ট্রেনের সাথে বাড়তে থাকে। অন্যদিকে, ~700 চক্রের পরে একটি বাইলেয়ার MGG এর প্রতিরোধ ক্ষমতা মাত্র 2.5 গুণ বৃদ্ধি পায়। সমান্তরাল দিক বরাবর 90% পর্যন্ত স্ট্রেইন প্রয়োগ করলে, 1000 চক্রের পরে ট্রাইলেয়ার গ্রাফিনের প্রতিরোধ ক্ষমতা ~100 গুণ বৃদ্ধি পায়, যেখানে একটি ট্রাইলেয়ার MGG তে এটি মাত্র ~8 গুণ (চিত্র 2E)। সাইক্লিং ফলাফল চিত্র S7 এ দেখানো হয়েছে। সমান্তরাল স্ট্রেনের দিক বরাবর প্রতিরোধের তুলনামূলকভাবে দ্রুত বৃদ্ধি কারণ ফাটলগুলির অভিযোজন বর্তমান প্রবাহের দিকের সাথে লম্ব। লোডিং এবং আনলোডিং স্ট্রেনের সময় প্রতিরোধের বিচ্যুতি SEBS ইলাস্টোমার সাবস্ট্রেটের ভিসকোইলাস্টিক পুনরুদ্ধারের কারণে হয়। সাইক্লিংয়ের সময় MGG স্ট্রিপগুলির আরও স্থিতিশীল প্রতিরোধের কারণ হল বৃহৎ স্ক্রোলের উপস্থিতি যা গ্রাফিনের ফাটলযুক্ত অংশগুলিকে সেতু করতে পারে (যেমন AFM দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা হয়), যা একটি পারকোলেটিং পথ বজায় রাখতে সাহায্য করে। ইলাস্টোমার সাবস্ট্রেটগুলিতে ফাটলযুক্ত ধাতু বা সেমিকন্ডাক্টর ফিল্মের জন্য একটি পারকোলেটিং পথ দ্বারা পরিবাহিতা বজায় রাখার এই ঘটনাটি আগেও রিপোর্ট করা হয়েছে (40, 41)।
এই গ্রাফিন-ভিত্তিক ফিল্মগুলিকে স্ট্রেচেবল ডিভাইসগুলিতে গেট ইলেক্ট্রোড হিসাবে মূল্যায়ন করার জন্য, আমরা গ্রাফিন স্তরটিকে একটি SEBS ডাইইলেক্ট্রিক স্তর (2 μm পুরু) দিয়ে আচ্ছাদিত করেছি এবং স্ট্রেনের ফাংশন হিসাবে ডাইইলেক্ট্রিক ক্যাপাসিট্যান্স পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করেছি (বিস্তারিত জানার জন্য চিত্র 2F এবং পরিপূরক উপকরণ দেখুন)। আমরা লক্ষ্য করেছি যে প্লেইন মনোলেয়ার এবং বাইলেয়ার গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড সহ ক্যাপাসিট্যান্স দ্রুত হ্রাস পেয়েছে কারণ গ্রাফিনের ইন-প্লেন পরিবাহিতা হ্রাস পেয়েছে। বিপরীতে, MGGs এবং প্লেইন ট্রাইলেয়ার গ্রাফিন দ্বারা গেটেড ক্যাপাসিট্যান্স স্ট্রেনের সাথে ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি দেখিয়েছে, যা স্ট্রেনের সাথে ডাইইলেক্ট্রিক পুরুত্ব হ্রাসের কারণে প্রত্যাশিত। ক্যাপাসিট্যান্সের প্রত্যাশিত বৃদ্ধি MGG কাঠামোর সাথে খুব ভালভাবে মিলেছে (চিত্র S8)। এটি নির্দেশ করে যে MGG স্ট্রেচেবল ট্রানজিস্টরের জন্য 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 স্ক্রলগুলি প্রতিস্থাপনের জন্য স্প্রে-কোটেড CNT ব্যবহার করেছি (পরিপূরক উপকরণ দেখুন)। MGG কাঠামো অনুকরণ করতে, আমরা তিনটি ঘনত্বের CNT জমা করেছি (অর্থাৎ, CNT1
(A থেকে C) তিনটি ভিন্ন ঘনত্বের CNT-এর AFM চিত্র (CNT1)
স্ট্রেচেবল ইলেকট্রনিক্সের জন্য ইলেক্ট্রোড হিসেবে তাদের ক্ষমতা আরও বোঝার জন্য, আমরা স্ট্রেনের অধীনে MGG এবং G-CNT-G এর রূপবিদ্যা পদ্ধতিগুলি পদ্ধতিগতভাবে তদন্ত করেছি। অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি এবং স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) কার্যকর চরিত্রায়ন পদ্ধতি নয় কারণ উভয়েরই রঙের বৈপরীত্য নেই এবং পলিমার সাবস্ট্রেটে গ্রাফিন থাকাকালীন ইলেকট্রন স্ক্যানিংয়ের সময় SEM চিত্র শিল্পকর্মের বিষয় (চিত্র S9 এবং S10)। স্ট্রেনের অধীনে গ্রাফিন পৃষ্ঠটি ইন সিটু পর্যবেক্ষণ করার জন্য, আমরা খুব পাতলা (~0.1 মিমি পুরু) এবং ইলাস্টিক SEBS সাবস্ট্রেটে স্থানান্তরিত হওয়ার পরে ট্রাইলেয়ার MGG এবং প্লেইন গ্রাফিনের উপর AFM পরিমাপ সংগ্রহ করেছি। স্থানান্তর প্রক্রিয়ার সময় CVD গ্রাফিনের অভ্যন্তরীণ ত্রুটি এবং বহিরাগত ক্ষতির কারণে, স্ট্রেনের অধীনে গ্রাফিনে ফাটল অনিবার্যভাবে তৈরি হয় এবং ক্রমবর্ধমান স্ট্রেনের সাথে, ফাটলগুলি ঘন হয়ে ওঠে (চিত্র 4, A থেকে D)। কার্বন-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোডগুলির স্ট্যাকিং কাঠামোর উপর নির্ভর করে, ফাটলগুলি বিভিন্ন রূপবিদ্যা প্রদর্শন করে (চিত্র S11) (27)। বহুস্তরীয় গ্রাফিনের ফাটল এলাকার ঘনত্ব (ক্র্যাক এরিয়া/বিশ্লেষিত এরিয়া হিসাবে সংজ্ঞায়িত) স্ট্রেনের পরে মনোলেয়ার গ্রাফিনের তুলনায় কম, যা MGG-এর জন্য বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বৃদ্ধির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। অন্যদিকে, স্ক্রোলগুলি প্রায়শই ফাটলগুলিকে সেতু করার জন্য পর্যবেক্ষণ করা হয়, যা স্ট্রেইনড ফিল্মে অতিরিক্ত পরিবাহী পথ প্রদান করে। উদাহরণস্বরূপ, চিত্র 4B-এর ছবিতে লেবেল করা হয়েছে, ত্রিস্তর MGG-তে একটি ফাটলের উপর দিয়ে একটি প্রশস্ত স্ক্রোল অতিক্রম করেছে, কিন্তু প্লেইন গ্রাফিনে (চিত্র 4, E থেকে H) কোনও স্ক্রোল পরিলক্ষিত হয়নি। একইভাবে, CNT গুলি গ্রাফিনের ফাটলগুলিকে সেতু করে (চিত্র S11)। ফাটল এলাকার ঘনত্ব, স্ক্রোল এরিয়া ঘনত্ব এবং ফিল্মের রুক্ষতা চিত্র 4K-তে সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে।
(A থেকে H) 0, 20, 60 এবং 100% স্ট্রেনে খুব পাতলা SEBS (~0.1 মিমি পুরু) ইলাস্টোমারের উপর ট্রাইলেয়ার G/G স্ক্রোল (A থেকে D) এবং ট্রাইলেয়ার G স্ট্রাকচার (E থেকে H) এর ইন সিটু AFM ছবি। প্রতিনিধিত্বমূলক ফাটল এবং স্ক্রোলগুলি তীর দিয়ে নির্দেশিত। সমস্ত AFM ছবি 15 μm × 15 μm এলাকায়, লেবেলযুক্ত একই রঙের স্কেল বার ব্যবহার করে। (I) SEBS সাবস্ট্রেটে প্যাটার্নযুক্ত মনোলেয়ার গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের সিমুলেশন জ্যামিতি। (J) 20% বহিরাগত স্ট্রেনে মনোলেয়ার গ্রাফিন এবং SEBS সাবস্ট্রেটে সর্বাধিক প্রধান লগারিদমিক স্ট্রেনের সিমুলেশন কনট্যুর মানচিত্র। (K) বিভিন্ন গ্রাফিন কাঠামোর জন্য ফাটল 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 রয়েছে যার মাধ্যমে স্ক্রোলগুলি গ্রাফিনের ফাটলযুক্ত অঞ্চলগুলিকে সেতু করতে পারে, একটি পারকোলেটিং নেটওয়ার্ক বজায় রাখতে পারে। গ্রাফিন স্ক্রোলগুলি আশাব্যঞ্জক কারণ এগুলি দশ মাইক্রোমিটার দৈর্ঘ্যের হতে পারে এবং তাই সাধারণত মাইক্রোমিটার স্কেল পর্যন্ত ফাটলগুলিকে সেতু করতে সক্ষম। তদুপরি, যেহেতু স্ক্রোলগুলিতে গ্রাফিনের বহুস্তর থাকে, তাই তাদের প্রতিরোধ ক্ষমতা কম থাকবে বলে আশা করা হচ্ছে। তুলনামূলকভাবে, তুলনামূলকভাবে ঘন (কম ট্রান্সমিট্যান্স) CNT নেটওয়ার্কগুলির তুলনামূলক পরিবাহী ব্রিজিং ক্ষমতা প্রদানের প্রয়োজন হয়, কারণ CNTগুলি ছোট (সাধারণত কয়েক মাইক্রোমিটার দৈর্ঘ্যের) এবং স্ক্রোলগুলির তুলনায় কম পরিবাহী। অন্যদিকে, চিত্র S12-তে দেখানো হয়েছে, যেখানে স্ট্রেচিং করার সময় গ্রাফিন ফাটল ধরে, স্ক্রোলগুলি ফাটল ধরে না, যা ইঙ্গিত করে যে পরবর্তীটি অন্তর্নিহিত গ্রাফিনের উপর পিছলে যেতে পারে। এগুলো ফাটল না ফেলার কারণ সম্ভবত এর ঘূর্ণিত কাঠামো, যা গ্রাফিনের অনেক স্তর (~1 থেকে 2 0 μm লম্বা, ~0.1 থেকে 1 μm প্রস্থ এবং ~10 থেকে 100 nm উঁচু) দিয়ে গঠিত, যার একক-স্তর গ্রাফিনের তুলনায় কার্যকর মডুলাস বেশি। গ্রিন এবং হারসাম (42) দ্বারা রিপোর্ট করা হয়েছে যে, ধাতব CNT নেটওয়ার্কগুলি (1.0 nm টিউব ব্যাস) CNT-গুলির মধ্যে বৃহৎ জংশন প্রতিরোধের সত্ত্বেও কম শীট প্রতিরোধ <100 ohms/sq অর্জন করতে পারে। আমাদের গ্রাফিন স্ক্রোলগুলির প্রস্থ 0.1 থেকে 1 μm এবং G/G স্ক্রোলগুলির CNT-গুলির তুলনায় অনেক বড় যোগাযোগ ক্ষেত্র রয়েছে তা বিবেচনা করে, গ্রাফিন এবং গ্রাফিন স্ক্রোলগুলির মধ্যে যোগাযোগ রোধ এবং যোগাযোগ ক্ষেত্র উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখার জন্য সীমাবদ্ধ কারণ হওয়া উচিত নয়।
SEBS সাবস্ট্রেটের তুলনায় গ্রাফিনের মডুলাস অনেক বেশি। যদিও গ্রাফিন ইলেক্ট্রোডের কার্যকর পুরুত্ব সাবস্ট্রেটের তুলনায় অনেক কম, গ্রাফিনের শক্ততা তার পুরুত্বের তুলনায় সাবস্ট্রেটের (43, 44) সাথে তুলনীয়, যার ফলে একটি মাঝারি অনমনীয় দ্বীপ প্রভাব তৈরি হয়। আমরা একটি SEBS সাবস্ট্রেটের উপর 1-nm-পুরু গ্রাফিনের বিকৃতি সিমুলেশন করেছি (বিস্তারিত জানার জন্য পরিপূরক উপকরণ দেখুন)। সিমুলেশন ফলাফল অনুসারে, যখন SEBS সাবস্ট্রেটের উপর 20% স্ট্রেন বাহ্যিকভাবে প্রয়োগ করা হয়, তখন গ্রাফিনের গড় স্ট্রেন ~6.6% (চিত্র 4J এবং চিত্র S13D), যা পরীক্ষামূলক পর্যবেক্ষণের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ (চিত্র S13 দেখুন)। আমরা অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে প্যাটার্নযুক্ত গ্রাফিন এবং সাবস্ট্রেট অঞ্চলে স্ট্রেন তুলনা করেছি এবং সাবস্ট্রেট অঞ্চলে স্ট্রেনটি গ্রাফিন অঞ্চলের স্ট্রেনের কমপক্ষে দ্বিগুণ বলে খুঁজে পেয়েছি। এটি ইঙ্গিত দেয় যে গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড প্যাটার্নে প্রয়োগ করা স্ট্রেন উল্লেখযোগ্যভাবে সীমাবদ্ধ হতে পারে, যা SEBS এর উপরে গ্রাফিন শক্ত দ্বীপ তৈরি করে (26, 43, 44)।
অতএব, উচ্চ চাপের মধ্যে উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখার জন্য MGG ইলেকট্রোডের ক্ষমতা সম্ভবত দুটি প্রধান প্রক্রিয়া দ্বারা সক্ষম: (i) স্ক্রোলগুলি একটি পরিবাহী পারকোলেশন পথ বজায় রাখার জন্য বিচ্ছিন্ন অঞ্চলগুলিকে সেতু করতে পারে, এবং (ii) বহুস্তরীয় গ্রাফিন শীট/ইলাস্টোমার একে অপরের উপর দিয়ে পিছলে যেতে পারে, যার ফলে গ্রাফিন ইলেকট্রোডের উপর চাপ কম হয়। ইলাস্টোমারে স্থানান্তরিত গ্রাফিনের একাধিক স্তরের জন্য, স্তরগুলি একে অপরের সাথে দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত থাকে না, যা স্ট্রেনের প্রতিক্রিয়ায় পিছলে যেতে পারে (27)। স্ক্রোলগুলি গ্রাফিন স্তরগুলির রুক্ষতাও বাড়িয়েছে, যা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে বিচ্ছেদ বৃদ্ধি করতে সাহায্য করতে পারে এবং ফলস্বরূপ গ্রাফিন স্তরগুলির পিছলে যাওয়া সক্ষম করে।
কম খরচ এবং উচ্চ থ্রুপুটের কারণে অল-কার্বন ডিভাইসগুলি উৎসাহের সাথে অনুসরণ করা হচ্ছে। আমাদের ক্ষেত্রে, অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি একটি নীচের গ্রাফিন গেট, একটি শীর্ষ গ্রাফিন উৎস/ড্রেন যোগাযোগ, একটি সাজানো CNT সেমিকন্ডাক্টর এবং SEBS কে একটি ডাইইলেক্ট্রিক হিসাবে ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছিল (চিত্র 5A)। চিত্র 5B তে দেখানো হয়েছে, উৎস/ড্রেন এবং গেট (নীচের ডিভাইস) হিসাবে CNTs সহ একটি অ-কার্বন ডিভাইস গ্রাফিন ইলেকট্রোড (শীর্ষ ডিভাইস) সহ ডিভাইসের তুলনায় বেশি অস্বচ্ছ। এর কারণ হল CNT নেটওয়ার্কগুলির বৃহত্তর পুরুত্বের প্রয়োজন হয় এবং ফলস্বরূপ, গ্রাফিনের মতো শীট প্রতিরোধ অর্জনের জন্য কম অপটিক্যাল ট্রান্সমিট্যান্স প্রয়োজন (চিত্র S4)। চিত্র 5 (C এবং D) বাইলেয়ার MGG ইলেকট্রোড দিয়ে তৈরি ট্রানজিস্টরের জন্য স্ট্রেনের আগে প্রতিনিধি স্থানান্তর এবং আউটপুট বক্ররেখা দেখায়। অসংযত ট্রানজিস্টরের চ্যানেল প্রস্থ এবং দৈর্ঘ্য যথাক্রমে 800 এবং 100 μm ছিল। পরিমাপ করা অন/অফ অনুপাত যথাক্রমে 103 এর চেয়ে বেশি এবং 10−5 এবং 10−8 A স্তরে অন এবং অফ কারেন্ট সহ। আউটপুট বক্ররেখা আদর্শ রৈখিক এবং স্যাচুরেশন ব্যবস্থা প্রদর্শন করে যেখানে স্পষ্ট গেট-ভোল্টেজ নির্ভরতা রয়েছে, যা CNT এবং গ্রাফিন ইলেকট্রোডের মধ্যে আদর্শ যোগাযোগ নির্দেশ করে (45)। গ্রাফিন ইলেকট্রোডের সাথে যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা বাষ্পীভূত Au ফিল্মের তুলনায় কম দেখা গেছে (চিত্র S14 দেখুন)। প্রসারিতযোগ্য ট্রানজিস্টরের স্যাচুরেশন গতিশীলতা প্রায় 5.6 cm2/Vs, যা 300-nm SiO2 ডাইইলেক্ট্রিক স্তর সহ অনমনীয় Si সাবস্ট্রেটের উপর একই পলিমার-সর্ট করা CNT ট্রানজিস্টরের মতো। অপ্টিমাইজড টিউব ঘনত্ব এবং অন্যান্য ধরণের টিউব (46) দিয়ে গতিশীলতার আরও উন্নতি সম্ভব।
(ক) গ্রাফিন-ভিত্তিক প্রসারিতযোগ্য ট্রানজিস্টরের স্কিম। SWNT, একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব। (খ) গ্রাফিন ইলেকট্রোড (উপরে) এবং CNT ইলেকট্রোড (নীচে) দিয়ে তৈরি প্রসারিতযোগ্য ট্রানজিস্টরের ছবি। স্বচ্ছতার পার্থক্য স্পষ্টভাবে লক্ষণীয়। (গ এবং ঘ) স্ট্রেনের আগে SEBS-এ গ্রাফিন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টরের স্থানান্তর এবং আউটপুট বক্ররেখা। (ই এবং চ) বিভিন্ন স্ট্রেনে গ্রাফিন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টরের স্থানান্তর বক্ররেখা, চালু এবং বন্ধ কারেন্ট, চালু/বন্ধ অনুপাত এবং গতিশীলতা।
যখন স্বচ্ছ, সম্পূর্ণ কার্বন ডিভাইসটিকে চার্জ পরিবহন দিকের সমান্তরালে প্রসারিত করা হয়েছিল, তখন ন্যূনতম অবক্ষয় ১২০% স্ট্রেন পর্যন্ত পরিলক্ষিত হয়েছিল। স্ট্রেচিংয়ের সময়, গতিশীলতা ক্রমাগত ০% স্ট্রেনে ৫.৬ সেমি২/ভিএস থেকে ১২০% স্ট্রেনে ২.৫ সেমি২/ভিএসে হ্রাস পেয়েছে (চিত্র ৫F)। আমরা বিভিন্ন চ্যানেল দৈর্ঘ্যের জন্য ট্রানজিস্টরের কর্মক্ষমতাও তুলনা করেছি (টেবিল S1 দেখুন)। উল্লেখযোগ্যভাবে, ১০৫% এর মতো বড় স্ট্রেনে, এই সমস্ত ট্রানজিস্টর এখনও উচ্চ অন/অফ অনুপাত (>১০৩) এবং গতিশীলতা (>৩ সেমি২/ভিএস) প্রদর্শন করেছে। এছাড়াও, আমরা অল-কার্বন ট্রানজিস্টরের উপর সাম্প্রতিক সমস্ত কাজের সারসংক্ষেপ করেছি (টেবিল S2 দেখুন) (৪৭-৫২)। ইলাস্টোমারগুলিতে ডিভাইস তৈরিকে অপ্টিমাইজ করে এবং MGG-গুলিকে যোগাযোগ হিসাবে ব্যবহার করে, আমাদের অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি গতিশীলতা এবং হিস্টেরেসিসের পাশাপাশি অত্যন্ত প্রসারিতযোগ্য হওয়ার ক্ষেত্রেও ভাল কর্মক্ষমতা দেখায়।
সম্পূর্ণ স্বচ্ছ এবং প্রসারিতযোগ্য ট্রানজিস্টরের প্রয়োগ হিসেবে, আমরা এটি একটি LED এর সুইচিং নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহার করেছি (চিত্র 6A)। চিত্র 6B তে দেখানো হয়েছে, সবুজ LED সরাসরি উপরে স্থাপন করা প্রসারিতযোগ্য অল-কার্বন ডিভাইসের মাধ্যমে স্পষ্টভাবে দেখা যায়। ~100% (চিত্র 6, C এবং D) পর্যন্ত প্রসারিত করার সময়, LED আলোর তীব্রতা পরিবর্তিত হয় না, যা উপরে বর্ণিত ট্রানজিস্টরের কর্মক্ষমতার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ (সিনেমা S1 দেখুন)। এটি গ্রাফিন ইলেক্ট্রোড ব্যবহার করে তৈরি প্রসারিতযোগ্য নিয়ন্ত্রণ ইউনিটের প্রথম প্রতিবেদন, যা গ্রাফিন প্রসারিতযোগ্য ইলেকট্রনিক্সের জন্য একটি নতুন সম্ভাবনা প্রদর্শন করে।
(A) LED চালানোর জন্য ট্রানজিস্টরের সার্কিট। GND, গ্রাউন্ড। (B) 0% স্ট্রেনে প্রসারিতযোগ্য এবং স্বচ্ছ সম্পূর্ণ-কার্বন ট্রানজিস্টরের ছবি, একটি সবুজ LED-এর উপরে মাউন্ট করা হয়েছে। (C) LED স্যুইচ করার জন্য ব্যবহৃত সম্পূর্ণ-কার্বন স্বচ্ছ এবং প্রসারিতযোগ্য ট্রানজিস্টরটি LED-এর উপরে 0% (বামে) এবং ~100% স্ট্রেনে (ডানে) মাউন্ট করা হচ্ছে। দূরত্বের পরিবর্তন দেখানোর জন্য ডিভাইসে হলুদ মার্কারগুলিকে সাদা তীর নির্দেশ করে। (D) প্রসারিত ট্রানজিস্টরের পাশের দৃশ্য, যেখানে LED ইলাস্টোমারের মধ্যে ঠেলে দেওয়া হয়েছে।
উপসংহারে, আমরা একটি স্বচ্ছ পরিবাহী গ্রাফিন কাঠামো তৈরি করেছি যা বৃহৎ স্ট্রেনের অধীনে উচ্চ পরিবাহিতা বজায় রাখে, যা গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে গ্রাফিন ন্যানোস্ক্রোল দ্বারা সক্ষম। একটি ইলাস্টোমারের উপর এই দ্বি- এবং ত্রি-স্তরযুক্ত MGG ইলেক্ট্রোড কাঠামোগুলি তাদের 0% স্ট্রেনের পরিবাহিতা যথাক্রমে 21 এবং 65% বজায় রাখতে পারে, 100% পর্যন্ত উচ্চ স্ট্রেনে, সাধারণ মনোলেয়ার গ্রাফিন ইলেকট্রোডের জন্য 5% স্ট্রেনে পরিবাহিতা সম্পূর্ণ ক্ষতির তুলনায়। গ্রাফিন স্ক্রোলগুলির অতিরিক্ত পরিবাহী পথ এবং স্থানান্তরিত স্তরগুলির মধ্যে দুর্বল মিথস্ক্রিয়া স্ট্রেনের অধীনে উচ্চতর পরিবাহিতা স্থিতিশীলতায় অবদান রাখে। আমরা অল-কার্বন স্ট্রেচেবল ট্রানজিস্টর তৈরি করতে এই গ্রাফিন কাঠামোটি আরও প্রয়োগ করেছি। এখনও পর্যন্ত, এটি বাকলিং ব্যবহার না করেই সর্বোত্তম স্বচ্ছতা সহ সবচেয়ে প্রসারিত গ্রাফিন-ভিত্তিক ট্রানজিস্টর। যদিও বর্তমান গবেষণাটি প্রসারিত ইলেকট্রনিক্সের জন্য গ্রাফিন সক্ষম করার জন্য পরিচালিত হয়েছিল, আমরা বিশ্বাস করি যে এই পদ্ধতিটি অন্যান্য 2D উপকরণগুলিতে প্রসারিত 2D ইলেকট্রনিক্স সক্ষম করার জন্য প্রসারিত করা যেতে পারে।
বৃহৎ-ক্ষেত্রফলের CVD গ্রাফিন 0.5 মিটার স্থির চাপে ঝুলন্ত Cu ফয়েল (99.999%; আলফা এসার) তে জন্মানো হয়েছিল, যার ফলে 50–SCCM (প্রতি মিনিটে স্ট্যান্ডার্ড ঘন সেন্টিমিটার) CH4 এবং 20–SCCM H2 1000°C তাপমাত্রায় পূর্বসূরী হিসেবে ব্যবহৃত হত। Cu ফয়েলের উভয় পাশ মনোলেয়ার গ্রাফিন দ্বারা আবৃত ছিল। Cu ফয়েলের একপাশে PMMA (2000 rpm; A4, মাইক্রোকেম) এর একটি পাতলা স্তর স্পিন-লেপ দেওয়া হয়েছিল, যা একটি PMMA/G/Cu ফয়েল/G কাঠামো তৈরি করেছিল। পরবর্তীতে, Cu ফয়েলটি খোদাই করার জন্য পুরো ফিল্মটি 0.1 M অ্যামোনিয়াম পারসালফেট [(NH4)2S2O8] দ্রবণে প্রায় 2 ঘন্টা ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল। এই প্রক্রিয়া চলাকালীন, অরক্ষিত পিছনের গ্রাফিনটি প্রথমে শস্যের সীমানা বরাবর ছিঁড়ে যায় এবং তারপর পৃষ্ঠের টানের কারণে স্ক্রলে পরিণত হয়। স্ক্রলগুলি PMMA-সমর্থিত উপরের গ্রাফিন ফিল্মের সাথে সংযুক্ত করা হয়েছিল, যা PMMA/G/G স্ক্রল তৈরি করেছিল। পরবর্তীতে ফিল্মগুলিকে ডিআয়োনাইজড জলে বেশ কয়েকবার ধুয়ে একটি টার্গেট সাবস্ট্রেটের উপর রাখা হয়েছিল, যেমন একটি অনমনীয় SiO2/Si বা প্লাস্টিক সাবস্ট্রেট। সাবস্ট্রেটের উপর সংযুক্ত ফিল্মটি শুকানোর সাথে সাথে, নমুনাটি ক্রমানুসারে অ্যাসিটোন, 1:1 অ্যাসিটোন/IPA (আইসোপ্রোপাইল অ্যালকোহল) এবং IPA দিয়ে 30 সেকেন্ডের জন্য ভিজিয়ে রাখা হয়েছিল যাতে PMMA অপসারণ করা যায়। ফিল্মগুলিকে 100°C তাপমাত্রায় 15 মিনিটের জন্য উত্তপ্ত করা হয়েছিল অথবা রাতারাতি ভ্যাকুয়ামে রাখা হয়েছিল যাতে আটকে থাকা জল সম্পূর্ণরূপে অপসারণ করা যায় এবং G/G স্ক্রলের আরেকটি স্তর এতে স্থানান্তরিত করা হয়। এই পদক্ষেপটি ছিল সাবস্ট্রেট থেকে গ্রাফিন ফিল্মের বিচ্ছিন্নতা এড়াতে এবং PMMA ক্যারিয়ার স্তর মুক্তির সময় MGG-এর সম্পূর্ণ কভারেজ নিশ্চিত করা।
MGG কাঠামোর আকারবিদ্যা একটি অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপ (Leica) এবং একটি স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপ (1 kV; FEI) ব্যবহার করে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। G স্ক্রোলগুলির বিশদ পর্যবেক্ষণ করার জন্য একটি পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপ (ন্যানোস্কোপ III, ডিজিটাল যন্ত্র) ট্যাপিং মোডে পরিচালিত হয়েছিল। একটি অতিবেগুনী-দৃশ্যমান স্পেকট্রোমিটার (Agilent Cary 6000i) দ্বারা ফিল্ম স্বচ্ছতা পরীক্ষা করা হয়েছিল। যখন স্ট্রেনটি বর্তমান প্রবাহের লম্ব দিকের সাথে ছিল তখন পরীক্ষার জন্য, ফটোলিথোগ্রাফি এবং O2 প্লাজমা ব্যবহার করা হয়েছিল গ্রাফিন কাঠামোকে স্ট্রিপগুলিতে প্যাটার্ন করার জন্য (~300 μm প্রশস্ত এবং ~2000 μm লম্বা), এবং Au (50 nm) ইলেক্ট্রোডগুলি দীর্ঘ দিকের উভয় প্রান্তে ছায়া মুখোশ ব্যবহার করে তাপীয়ভাবে জমা করা হয়েছিল। এরপর গ্রাফিন স্ট্রিপগুলিকে একটি SEBS ইলাস্টোমারের (~2 সেমি চওড়া এবং ~5 সেমি লম্বা) সংস্পর্শে আনা হয়, স্ট্রিপগুলির লম্বা অক্ষ SEBS এর ছোট দিকের সমান্তরাল থাকে এবং তারপরে BOE (বাফারড অক্সাইড এচ) (HF:H2O 1:6) এচিং এবং ইউটেকটিক গ্যালিয়াম ইন্ডিয়াম (EGaIn) বৈদ্যুতিক যোগাযোগ হিসাবে থাকে। সমান্তরাল স্ট্রেন পরীক্ষার জন্য, আনপ্যাটার্নড গ্রাফিন স্ট্রাকচার (~5 × 10 মিমি) SEBS সাবস্ট্রেটগুলিতে স্থানান্তরিত করা হয়, SEBS সাবস্ট্রেটের দীর্ঘ দিকের সমান্তরাল লম্বা অক্ষ সহ। উভয় ক্ষেত্রেই, সম্পূর্ণ G (G স্ক্রোল ছাড়া)/SEBS একটি ম্যানুয়াল যন্ত্রপাতিতে ইলাস্টোমারের দীর্ঘ পাশ বরাবর প্রসারিত করা হয়েছিল, এবং সিটুতে, আমরা একটি অর্ধপরিবাহী বিশ্লেষক (Keithley 4200-SCS) সহ একটি প্রোব স্টেশনে স্ট্রেনের অধীনে তাদের প্রতিরোধের পরিবর্তনগুলি পরিমাপ করেছি।
পলিমার ডাইইলেক্ট্রিক এবং সাবস্ট্রেটের জৈব দ্রাবক ক্ষতি এড়াতে একটি ইলাস্টিক সাবস্ট্রেটের উপর অত্যন্ত প্রসারিত এবং স্বচ্ছ অল-কার্বন ট্রানজিস্টরগুলি নিম্নলিখিত পদ্ধতিগুলি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছিল। MGG কাঠামোগুলি SEBS-এ গেট ইলেক্ট্রোড হিসাবে স্থানান্তরিত করা হয়েছিল। একটি অভিন্ন পাতলা-ফিল্ম পলিমার ডাইইলেক্ট্রিক স্তর (2 μm পুরু) পেতে, একটি SEBS টলুইন (80 mg/ml) দ্রবণকে 1000 rpm-এ 1 মিনিটের জন্য একটি অক্টাডেসিলট্রাইক্লোরোসিলেন (OTS)-পরিবর্তিত SiO2/Si সাবস্ট্রেটের উপর স্পিন-লেপ দেওয়া হয়েছিল। পাতলা ডাইইলেক্ট্রিক ফিল্মটি হাইড্রোফোবিক OTS পৃষ্ঠ থেকে গ্রাফিন দিয়ে আচ্ছাদিত SEBS সাবস্ট্রেটে সহজেই স্থানান্তর করা যেতে পারে। LCR (ইন্ডাক্ট্যান্স, ক্যাপাসিট্যান্স, রেজিস্ট্যান্স) মিটার (Agilent) ব্যবহার করে স্ট্রেনের ফাংশন হিসাবে ক্যাপাসিট্যান্স নির্ধারণ করার জন্য একটি তরল-ধাতু (EGaIn; সিগমা-অ্যালড্রিচ) শীর্ষ ইলেক্ট্রোড জমা করে একটি ক্যাপাসিটর তৈরি করা যেতে পারে। ট্রানজিস্টরের অন্য অংশে পূর্বে রিপোর্ট করা পদ্ধতি অনুসরণ করে পলিমার-সর্টেড সেমিকন্ডাক্টিং CNTs ছিল (53)। প্যাটার্নযুক্ত উৎস/ড্রেন ইলেকট্রোডগুলি অনমনীয় SiO2/Si সাবস্ট্রেটের উপর তৈরি করা হয়েছিল। পরবর্তীকালে, দুটি অংশ, ডাইইলেক্ট্রিক/G/SEBS এবং CNTs/প্যাটার্নযুক্ত G/SiO2/Si, একে অপরের সাথে স্তরিত করা হয়েছিল এবং অনমনীয় SiO2/Si সাবস্ট্রেট অপসারণের জন্য BOE তে ভিজিয়ে নেওয়া হয়েছিল। এইভাবে, সম্পূর্ণ স্বচ্ছ এবং প্রসারিত ট্রানজিস্টরগুলি তৈরি করা হয়েছিল। উপরে উল্লিখিত পদ্ধতি অনুসারে স্ট্রেনের অধীনে বৈদ্যুতিক পরীক্ষা একটি ম্যানুয়াল স্ট্রেচিং সেটআপে সঞ্চালিত হয়েছিল।
এই প্রবন্ধের জন্য সম্পূরক উপাদান http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 এই ঠিকানায় পাওয়া যাবে।
চিত্র ১. বিভিন্ন বিবর্ধনে SiO2/Si সাবস্ট্রেটের উপর মনোলেয়ার MGG-এর অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি চিত্র।
চিত্র ৪. ৫৫০ ন্যানোমিটারে দুই-প্রোব শিটের প্রতিরোধ এবং ট্রান্সমিট্যান্সের তুলনা, মনো-, দ্বি- এবং ত্রিস্তরীয় প্লেইন গ্রাফিন (কালো বর্গক্ষেত্র), MGG (লাল বৃত্ত), এবং CNT (নীল ত্রিভুজ)।
চিত্র S7. ~1000 সাইক্লিক স্ট্রেনের অধীনে মনো- এবং দ্বিস্তর MGG (কালো) এবং G (লাল) এর স্বাভাবিক প্রতিরোধের পরিবর্তন যথাক্রমে 40 এবং 90% সমান্তরাল স্ট্রেনের লোডিং।
চিত্র ১০। স্ট্রেনের পরে SEBS ইলাস্টোমারের উপর ট্রাইলেয়ার MGG-এর SEM চিত্র, যেখানে বেশ কয়েকটি ফাটলের উপর একটি দীর্ঘ স্ক্রোল ক্রস দেখানো হয়েছে।
চিত্র S12. 20% স্ট্রেনে খুব পাতলা SEBS ইলাস্টোমারের উপর ট্রাইলেয়ার MGG-এর AFM চিত্র, যা দেখায় যে একটি স্ক্রোল একটি ফাটলের উপর দিয়ে অতিক্রম করেছে।
টেবিল S1. স্ট্রেনের আগে এবং পরে বিভিন্ন চ্যানেল দৈর্ঘ্যে দ্বিস্তর MGG-একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব ট্রানজিস্টরের গতিশীলতা।
এটি একটি উন্মুক্ত প্রবেশাধিকার নিবন্ধ যা ক্রিয়েটিভ কমন্স অ্যাট্রিবিউশন-ননকমার্শিয়াল লাইসেন্সের শর্তাবলীর অধীনে বিতরণ করা হয়েছে, যা যেকোনো মাধ্যমে ব্যবহার, বিতরণ এবং পুনরুৎপাদনের অনুমতি দেয়, যতক্ষণ না ফলস্বরূপ ব্যবহার বাণিজ্যিক সুবিধার জন্য না হয় এবং মূল কাজটি সঠিকভাবে উদ্ধৃত করা হয়।
দ্রষ্টব্য: আমরা কেবল আপনার ইমেল ঠিকানাটি অনুরোধ করছি যাতে আপনি যাকে পৃষ্ঠাটি সুপারিশ করছেন তিনি জানেন যে আপনি চান তারা এটি দেখুক এবং এটি জাঙ্ক মেইল ​​নয়। আমরা কোনও ইমেল ঠিকানা ক্যাপচার করি না।
এই প্রশ্নটি আপনি একজন মানব দর্শনার্থী 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।