ຂົ້ວໄຟຟ້າກຣາຟີນທີ່ໂປ່ງໃສ ແລະ ຍືດหยุ่นໄດ້ຫຼາຍທີ່ສຸດ

ວັດສະດຸສອງມິຕິ, ເຊັ່ນ graphene, ມີຄວາມດຶງດູດໃຈສຳລັບທັງການນຳໃຊ້ semiconductor ແບບດັ້ງເດີມ ແລະ ການນຳໃຊ້ທີ່ເກີດຂຶ້ນໃໝ່ໃນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມແຂງແຮງຂອງ graphene ສູງເຮັດໃຫ້ເກີດການແຕກຫັກທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຕ່ຳ, ເຮັດໃຫ້ມັນທ້າທາຍທີ່ຈະໃຊ້ປະໂຫຍດຈາກຄຸນສົມບັດເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ພິເສດຂອງມັນໃນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ຍືດໄດ້. ເພື່ອໃຫ້ມີປະສິດທິພາບທີ່ດີເລີດຂຶ້ນກັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງຕົວນຳ graphene ທີ່ໂປ່ງໃສ, ພວກເຮົາໄດ້ສ້າງ nanoscrolls graphene ລະຫວ່າງຊັ້ນ graphene ທີ່ວາງຊ້ອນກັນ, ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າ multilayer graphene/graphene scrolls (MGGs). ພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ, ບາງ scrolls ໄດ້ເຊື່ອມຕໍ່ໂດເມນທີ່ແຕກຫັກຂອງ graphene ເພື່ອຮັກສາເຄືອຂ່າຍ percolating ທີ່ເຮັດໃຫ້ມີຄວາມສາມາດໃນການນຳໄຟຟ້າທີ່ດີເລີດທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງສູງ. Trilayer MGGs ທີ່ຮອງຮັບຢູ່ເທິງ elastomers ຮັກສາ 65% ຂອງຄວາມນຳໄຟຟ້າເດີມຂອງມັນທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 100%, ເຊິ່ງຕັ້ງສາກກັບທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າ, ໃນຂະນະທີ່ຟິມ trilayer ຂອງ graphene ທີ່ບໍ່ມີ nanoscrolls ຮັກສາພຽງແຕ່ 25% ຂອງຄວາມນຳໄຟຟ້າເລີ່ມຕົ້ນຂອງມັນ. ທຣານຊິດເຕີຄາບອນທັງໝົດທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ ເຊິ່ງຜະລິດໂດຍໃຊ້ MGGs ເປັນເອເລັກໂຕຣດ ສະແດງໃຫ້ເຫັນການສົ່ງຜ່ານ >90% ແລະຮັກສາກະແສໄຟຟ້າອອກເດີມໄດ້ 60% ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 120% (ຂະໜານກັບທິດທາງຂອງການຂົນສົ່ງປະຈຸ). ທຣານຊິດເຕີຄາບອນທັງໝົດທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ສູງ ແລະ ໂປ່ງໃສເຫຼົ່ານີ້ສາມາດເຮັດໃຫ້ອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ທີ່ຊັບຊ້ອນ.
ເອເລັກໂຕຣນິກໂປ່ງໃສທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ແມ່ນຂະແໜງການທີ່ມີການຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງໄວວາ ເຊິ່ງມີການນຳໃຊ້ທີ່ສຳຄັນໃນລະບົບປະສົມປະສານທາງຊີວະພາບທີ່ກ້າວໜ້າ (1, 2) ເຊັ່ນດຽວກັນກັບທ່າແຮງທີ່ຈະປະສົມປະສານກັບອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ (3, 4) ເພື່ອຜະລິດຫຸ່ນຍົນອ່ອນ ແລະ ຈໍສະແດງຜົນທີ່ຊັບຊ້ອນ. ກຣາຟີນສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດທີ່ຕ້ອງການສູງຂອງຄວາມໜາຂອງອະຕອມ, ຄວາມໂປ່ງໃສສູງ, ແລະ ຄວາມນຳໄຟຟ້າສູງ, ແຕ່ການຈັດຕັ້ງປະຕິບັດຂອງມັນໃນການນຳໃຊ້ທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ໄດ້ຖືກຂັດຂວາງໂດຍແນວໂນ້ມທີ່ຈະແຕກຢູ່ໃນຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂະໜາດນ້ອຍ. ການເອົາຊະນະຂໍ້ຈຳກັດທາງກົນຈັກຂອງກຣາຟີນສາມາດເຮັດໃຫ້ມີໜ້າທີ່ໃໝ່ໃນອຸປະກອນໂປ່ງໃສທີ່ສາມາດຍືດໄດ້.
ຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງ graphene ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນຕົວເລືອກທີ່ເຂັ້ມແຂງສຳລັບເອເລັກໂຕຣດນຳໄຟຟ້າທີ່ໂປ່ງໃສລຸ້ນຕໍ່ໄປ (5, 6). ເມື່ອປຽບທຽບກັບຕົວນຳທີ່ໂປ່ງໃສທີ່ນິຍົມໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດ, indium tin oxide [ITO; 100 ohms/sq (sq) ທີ່ຄວາມໂປ່ງໃສ 90%], graphene ຊັ້ນດຽວທີ່ປູກໂດຍການລະເຫີຍໄອເຄມີ (CVD) ມີການປະສົມປະສານທີ່ຄ້າຍຄືກັນຂອງຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນ (125 ohms/sq) ແລະຄວາມໂປ່ງໃສ (97.4%) (5). ນອກຈາກນັ້ນ, ຟິມ graphene ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນພິເສດເມື່ອທຽບກັບ ITO (7). ຕົວຢ່າງ, ໃນຊັ້ນຮອງພາດສະຕິກ, ຕົວນຳໄຟຟ້າຂອງມັນສາມາດຮັກສາໄວ້ໄດ້ເຖິງແມ່ນວ່າຈະມີລັດສະໝີໂຄ້ງນ້ອຍເທົ່າກັບ 0.8 ມມ (8). ເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍປະສິດທິພາບທາງໄຟຟ້າຂອງມັນຕື່ມອີກໃນຖານະເປັນຕົວນຳທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ໂປ່ງໃສ, ວຽກງານທີ່ຜ່ານມາໄດ້ພັດທະນາວັດສະດຸປະສົມ graphene ດ້ວຍລວດນາໂນເງິນໜຶ່ງມິຕິ (1D) ຫຼືທໍ່ນາໂນຄາບອນ (CNTs) (9–11). ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ກຣາຟີນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນເອເລັກໂຕຣດສໍາລັບເຄິ່ງຕົວນໍາ heterosstructural ມິຕິປະສົມ (ເຊັ່ນ: Si 2D bulk, nanowires/nanotubes 1D, ແລະຈຸດ quantum 0D) (12), transistors ທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ເຊວແສງອາທິດ, ແລະໄດໂອດປ່ອຍແສງ (LEDs) (13–23).
ເຖິງແມ່ນວ່າ graphene ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຜົນໄດ້ຮັບທີ່ມີຄວາມຫວັງສຳລັບເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ແຕ່ການນຳໃຊ້ຂອງມັນໃນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ໄດ້ຖືກຈຳກັດໂດຍຄຸນສົມບັດທາງກົນຈັກຂອງມັນ (17, 24, 25); graphene ມີຄວາມແຂງກະດ້າງໃນລະນາບ 340 N/m ແລະໂມດູນ Young ຂອງ 0.5 TPa (26). ເຄືອຂ່າຍຄາບອນ-ຄາບອນທີ່ເຂັ້ມແຂງບໍ່ໄດ້ໃຫ້ກົນໄກການກະຈາຍພະລັງງານໃດໆສຳລັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ໃຊ້ ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງແຕກໄດ້ງ່າຍທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງໜ້ອຍກວ່າ 5%. ຕົວຢ່າງ, graphene CVD ທີ່ຖືກໂອນໄປໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ polydimethylsiloxane (PDMS) ສາມາດຮັກສາຄວາມນຳໄຟຟ້າຂອງມັນໄດ້ພຽງແຕ່ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງໜ້ອຍກວ່າ 6% (8). ການຄິດໄລ່ທາງທິດສະດີສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການຍັບຍັ້ງ ແລະ ການພົວພັນກັນລະຫວ່າງຊັ້ນຕ່າງໆຄວນຫຼຸດຜ່ອນຄວາມແຂງກະດ້າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ (26). ໂດຍການວາງ graphene ເປັນຫຼາຍຊັ້ນ, ມີລາຍງານວ່າ graphene ສອງຊັ້ນ ຫຼື ສາມຊັ້ນນີ້ສາມາດຍືດໄດ້ເຖິງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 30%, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການປ່ຽນແປງຄວາມຕ້ານທານນ້ອຍກວ່າ graphene ຊັ້ນດຽວ 13 ເທົ່າ (27). ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຄວາມຍືດໄດ້ນີ້ຍັງຕໍ່າກວ່າຕົວນຳໄຟຟ້າທີ່ທັນສະໄໝຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ (28, 29).
ທຣານຊິສເຕີມີຄວາມສຳຄັນໃນການນຳໃຊ້ທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ ເພາະວ່າພວກມັນຊ່ວຍໃຫ້ສາມາດອ່ານຄ່າເຊັນເຊີ ແລະ ການວິເຄາະສັນຍານທີ່ຊັບຊ້ອນ (30, 31). ທຣານຊິສເຕີໃນ PDMS ທີ່ມີກຣາຟີນຫຼາຍຊັ້ນເປັນເອເລັກໂຕຣດແຫຼ່ງ/ລະບາຍ ແລະ ວັດສະດຸຊ່ອງທາງສາມາດຮັກສາໜ້າທີ່ທາງໄຟຟ້າໄດ້ເຖິງ 5% ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ (32), ເຊິ່ງຕໍ່າກວ່າຄ່າຕ່ຳສຸດທີ່ຕ້ອງການຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ (~50%) ສຳລັບເຊັນເຊີຕິດຕາມສຸຂະພາບທີ່ສວມໃສ່ໄດ້ ແລະ ຜິວໜັງເອເລັກໂຕຣນິກ (33, 34). ເມື່ອບໍ່ດົນມານີ້, ວິທີການ graphene kirigami ໄດ້ຖືກຄົ້ນຄວ້າ, ແລະ ທຣານຊິສເຕີທີ່ຖືກຄວບຄຸມໂດຍເອເລັກໂຕຣໄລຂອງແຫຼວສາມາດຍືດໄດ້ເຖິງ 240% (35). ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ວິທີການນີ້ຕ້ອງການກຣາຟີນທີ່ໂຈະ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຂະບວນການຜະລິດສັບສົນ.
ໃນທີ່ນີ້, ພວກເຮົາບັນລຸອຸປະກອນ graphene ທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ສູງໂດຍການວາງແຜ່ນ graphene ໄວ້ລະຫວ່າງຊັ້ນ graphene (ຍາວ ~1 ຫາ 20 μm, ກວ້າງ ~0.1 ຫາ 1 μm, ແລະສູງ ~10 ຫາ 100 nm) ລະຫວ່າງຊັ້ນ graphene. ພວກເຮົາສົມມຸດຕິຖານວ່າແຜ່ນ graphene ເຫຼົ່ານີ້ສາມາດສະໜອງເສັ້ນທາງທີ່ນຳໄຟຟ້າໄປສູ່ຂົວຮອຍແຕກໃນແຜ່ນ graphene, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຮັກສາຄວາມນຳໄຟຟ້າສູງພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ແຜ່ນ graphene ບໍ່ຕ້ອງການການສັງເຄາະ ຫຼື ຂະບວນການເພີ່ມເຕີມ; ພວກມັນຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນຕາມທຳມະຊາດໃນລະຫວ່າງຂັ້ນຕອນການໂອນຍ້າຍແບບປຽກ. ໂດຍການໃຊ້ແຜ່ນ graphene ຫຼາຍຊັ້ນ G/G (graphene/graphene) (MGGs) ຂົ້ວໄຟຟ້າ graphene ທີ່ຍືດໄດ້ (ແຫຼ່ງ/ທໍ່ລະບາຍ ແລະ ປະຕູ) ແລະ CNT ເຄິ່ງຕົວນຳ, ພວກເຮົາສາມາດສະແດງໃຫ້ເຫັນທຣານຊິດເຕີຄາບອນທັງໝົດທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສສູງ ແລະ ຍືດໄດ້ສູງ, ເຊິ່ງສາມາດຍືດໄດ້ເຖິງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 120% (ຂະໜານກັບທິດທາງຂອງການຂົນສົ່ງປະຈຸ) ແລະ ຮັກສາກະແສໄຟຟ້າອອກໄດ້ 60%. ນີ້ແມ່ນທຣານຊິດເຕີທີ່ອີງໃສ່ຄາບອນທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສທີ່ສຸດທີ່ຍືດໄດ້ມາຮອດປະຈຸບັນ, ແລະ ມັນສະໜອງກະແສໄຟຟ້າພຽງພໍທີ່ຈະຂັບເຄື່ອນ LED ອະນົງຄະທາດ.
ເພື່ອໃຫ້ເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ໂປ່ງໃສໃນພື້ນທີ່ຂະໜາດໃຫຍ່, ພວກເຮົາໄດ້ເລືອກກຣາຟີນທີ່ປູກດ້ວຍ CVD ໃສ່ແຜ່ນຟອຍ Cu. ແຜ່ນຟອຍ Cu ໄດ້ຖືກຫ້ອຍຢູ່ໃຈກາງຂອງທໍ່ຄວດ CVD ເພື່ອໃຫ້ກຣາຟີນເຕີບໂຕໄດ້ທັງສອງດ້ານ, ປະກອບເປັນໂຄງສ້າງ G/Cu/G. ເພື່ອໂອນກຣາຟີນ, ກ່ອນອື່ນໝົດພວກເຮົາໄດ້ເຄືອບຊັ້ນບາງໆຂອງໂພລີ (ເມທິລເມທາຄຣິເລດ) (PMMA) ເພື່ອປົກປ້ອງດ້ານໜຶ່ງຂອງກຣາຟີນ, ເຊິ່ງພວກເຮົາຕັ້ງຊື່ວ່າກຣາຟີນດ້ານເທິງ (ໃນທາງກັບກັນສຳລັບອີກດ້ານໜຶ່ງຂອງກຣາຟີນ), ແລະຕໍ່ມາ, ຟິມທັງໝົດ (PMMA/ກຣາຟີນດ້ານເທິງ/Cu/ກຣາຟີນດ້ານລຸ່ມ) ໄດ້ຖືກແຊ່ລົງໃນສານລະລາຍ (NH4)2S2O8 ເພື່ອກັດແຜ່ນຟອຍ Cu ອອກ. ກຣາຟີນດ້ານລຸ່ມທີ່ບໍ່ມີການເຄືອບ PMMA ຈະມີຮອຍແຕກ ແລະ ຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ຊ່ວຍໃຫ້ສານກັດເຈາະຜ່ານໄດ້ (36, 37). ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1A, ພາຍໃຕ້ຜົນກະທົບຂອງຄວາມຕຶງຜິວ, ໂດເມນກຣາຟີນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈະມ້ວນເປັນມ້ວນ ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນຕິດກັບຟິມດ້ານເທິງ G/PMMA ທີ່ຍັງເຫຼືອ. ມ້ວນ G/G ດ້ານເທິງສາມາດໂອນໄປໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນໃດກໍໄດ້, ເຊັ່ນ SiO2/Si, ແກ້ວ, ຫຼື ໂພລີເມີອ່ອນ. ການເຮັດຊ້ຳຂະບວນການໂອນນີ້ຫຼາຍຄັ້ງໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນດຽວກັນຈະໃຫ້ໂຄງສ້າງ MGG.
(ກ) ຮູບແຕ້ມແຜນວາດຂອງຂັ້ນຕອນການຜະລິດສຳລັບ MGGs ເປັນເອເລັກໂຕຣດທີ່ສາມາດຍືດໄດ້. ໃນລະຫວ່າງການໂອນ graphene, graphene ດ້ານຫຼັງເທິງແຜ່ນຟອຍ Cu ໄດ້ຖືກທຳລາຍຢູ່ຂອບເຂດ ແລະ ຂໍ້ບົກຜ່ອງ, ມ້ວນເປັນຮູບຮ່າງທີ່ບໍ່ກຳນົດ, ແລະ ຕິດແໜ້ນກັບຟິມດ້ານເທິງ, ປະກອບເປັນ nanoscrolls. ກາຕູນໂຕທີສີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນໂຄງສ້າງ MGG ທີ່ວາງຊ້ອນກັນ. (ຂ ແລະ ຄ) ລັກສະນະ TEM ຄວາມລະອຽດສູງຂອງ MGG ຊັ້ນດຽວ, ໂດຍສຸມໃສ່ graphene ຊັ້ນດຽວ (ຂ) ແລະ ພາກພື້ນ scroll (ຄ), ຕາມລຳດັບ. ຮູບຊ້ອນຂອງ (ຂ) ແມ່ນຮູບພາບກຳລັງຂະຫຍາຍຕ່ຳທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບຮ່າງໂດຍລວມຂອງ MGGs ຊັ້ນດຽວໃນຕາຂ່າຍ TEM. ຮູບຊ້ອນຂອງ (ຄ) ແມ່ນໂປຣໄຟລ໌ຄວາມເຂັ້ມທີ່ຖ່າຍຕາມກ່ອງສີ່ຫຼ່ຽມທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບພາບ, ບ່ອນທີ່ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງລະນາບອະຕອມແມ່ນ 0.34 ແລະ 0.41 nm. (ງ) ສະເປກຕຣຳ K-edge EEL ຂອງຄາບອນທີ່ມີຈຸດສູງສຸດ π* ແລະ σ* ທີ່ເປັນກຣາຟີຕິກທີ່ມີລັກສະນະສະເພາະ. (ຈ) ຮູບພາບ AFM ພາກສ່ວນຂອງການເລື່ອນ G/G ຊັ້ນດຽວທີ່ມີໂປຣໄຟລ໌ຄວາມສູງຕາມເສັ້ນປະສີເຫຼືອງ. (F ຫາ I) ກ້ອງຈຸລະທັດແບບອອບຕິກ ແລະ ຮູບພາບ AFM ຂອງຊັ້ນ G ສາມຊັ້ນໂດຍບໍ່ມີ (F ແລະ H) ແລະ ມີແຜ່ນມ້ວນ (G ແລະ I) ຢູ່ເທິງຊັ້ນ SiO2/Si ໜາ 300 nm ຕາມລຳດັບ. ແຜ່ນມ້ວນ ແລະ ຮອຍຫ່ຽວທີ່ເປັນຕົວແທນໄດ້ຖືກຕິດສະຫຼາກເພື່ອເນັ້ນໃຫ້ເຫັນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງມັນ.
ເພື່ອຢືນຢັນວ່າແຜ່ນມ້ວນດັ່ງກ່າວແມ່ນກິ້ງກຣາຟີນຕາມທຳມະຊາດ, ພວກເຮົາໄດ້ດຳເນີນການສຶກສາກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນສົ່ງຜ່ານຄວາມລະອຽດສູງ (TEM) ແລະ ການສຶກສາສະເປກໂຕຣສະກົບການສູນເສຍພະລັງງານເອເລັກຕຣອນ (EEL) ໃນໂຄງສ້າງແຜ່ນມ້ວນຊັ້ນເທິງ G/G ຊັ້ນດຽວ. ຮູບທີ 1B ສະແດງໃຫ້ເຫັນໂຄງສ້າງຮູບຫົກຫຼ່ຽມຂອງກຣາຟີນຊັ້ນດຽວ, ແລະຮູບທີ່ໃສ່ເຂົ້າໄປແມ່ນຮູບຮ່າງໂດຍລວມຂອງຟິມທີ່ປົກຄຸມຢູ່ໃນຮູຄາບອນດຽວຂອງຕາຂ່າຍ TEM. ກຣາຟີນຊັ້ນດຽວກວມເອົາຕາຂ່າຍສ່ວນໃຫຍ່, ແລະເກັດກຣາຟີນບາງອັນທີ່ມີວົງແຫວນຫົກຫຼ່ຽມຫຼາຍຊັ້ນປະກົດຂຶ້ນ (ຮູບທີ 1B). ໂດຍການຊູມເຂົ້າໄປໃນແຜ່ນມ້ວນແຕ່ລະອັນ (ຮູບທີ 1C), ພວກເຮົາສັງເກດເຫັນຂອບຂອງຕາຂ່າຍກຣາຟີນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ, ໂດຍມີໄລຍະຫ່າງຂອງຕາຂ່າຍຢູ່ໃນລະດັບ 0.34 ຫາ 0.41 nm. ການວັດແທກເຫຼົ່ານີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າເກັດກຣາຟີນຖືກກິ້ງຂຶ້ນແບບສຸ່ມ ແລະ ບໍ່ແມ່ນກຣາຟີນທີ່ສົມບູນແບບ, ເຊິ່ງມີໄລຍະຫ່າງຂອງຕາຂ່າຍ 0.34 nm ໃນການວາງຊ້ອນຊັ້ນ “ABAB”. ຮູບທີ 1D ສະແດງໃຫ້ເຫັນສະເປກຕຣຳຂອງກາກບອນ K-edge EEL, ບ່ອນທີ່ຈຸດສູງສຸດທີ່ 285 eV ມາຈາກວົງໂຄຈອນ π* ແລະອີກອັນໜຶ່ງປະມານ 290 eV ແມ່ນຍ້ອນການປ່ຽນແປງຂອງວົງໂຄຈອນ σ*. ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າພັນທະ sp2 ຄອບງຳໃນໂຄງສ້າງນີ້, ເຊິ່ງຢືນຢັນວ່າແຜ່ນມ້ວນມີຮູບແບບກຣາຟິສູງ.
ຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດແບບແສງ ແລະ ກ້ອງຈຸລະທັດແຮງປະລໍາມະນູ (AFM) ໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບການແຈກຢາຍຂອງແຜ່ນກຣາຟີນຂະໜາດນາໂນໃນ MGGs (ຮູບທີ 1, E ຫາ G, ແລະ ຮູບ S1 ແລະ S2). ແຜ່ນກຣາຟີນຖືກແຈກຢາຍແບບສຸ່ມໄປທົ່ວໜ້າດິນ, ແລະຄວາມໜາແໜ້ນໃນລະນາບຂອງມັນຈະເພີ່ມຂຶ້ນຕາມສັດສ່ວນກັບຈຳນວນຊັ້ນທີ່ວາງຊ້ອນກັນ. ແຜ່ນກຣາຟີນຫຼາຍແຜ່ນພັນກັນເປັນປົມ ແລະ ມີຄວາມສູງທີ່ບໍ່ສະໝໍ່າສະເໝີໃນລະດັບ 10 ຫາ 100 nm. ພວກມັນມີຄວາມຍາວ 1 ຫາ 20 μm ແລະ ກວ້າງ 0.1 ຫາ 1 μm, ຂຶ້ນກັບຂະໜາດຂອງເກັດກຣາຟີນເບື້ອງຕົ້ນຂອງມັນ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1 (H ແລະ I), ແຜ່ນກຣາຟີນມີຂະໜາດໃຫຍ່ກວ່າຮອຍຫຍັບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ຫຍາບກວ່າລະຫວ່າງຊັ້ນກຣາຟີນ.
ເພື່ອວັດແທກຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າ, ພວກເຮົາໄດ້ສ້າງຮູບແບບຟິມ graphene ທີ່ມີ ຫຼື ບໍ່ມີໂຄງສ້າງ scroll ແລະ ການວາງຊັ້ນເປັນແຖບກວ້າງ 300 μm ແລະ ຍາວ 2000 μm ໂດຍໃຊ້ photolithography. ຄວາມຕ້ານທານສອງ probe ເປັນໜ້າທີ່ຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງໄດ້ຖືກວັດແທກພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂອ້ອມຂ້າງ. ການມີຢູ່ຂອງ scrolls ໄດ້ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານຂອງ graphene ຊັ້ນດຽວລົງ 80% ໂດຍມີການຫຼຸດລົງພຽງແຕ່ 2.2% ໃນການສົ່ງຜ່ານ (ຮູບ S4). ສິ່ງນີ້ຢືນຢັນວ່າ nanoscrolls, ເຊິ່ງມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າສູງເຖິງ 5 × 107 A/cm2 (38, 39), ເຮັດໃຫ້ມີການປະກອບສ່ວນທາງໄຟຟ້າໃນທາງບວກຫຼາຍຕໍ່ MGGs. ໃນບັນດາ graphene ແລະ MGG ທັງໝົດ mono-, bi-, ແລະ trilayer, MGG ສາມຊັ້ນມີຄວາມນຳໄຟຟ້າທີ່ດີທີ່ສຸດດ້ວຍຄວາມໂປ່ງໃສເກືອບ 90%. ເພື່ອປຽບທຽບກັບແຫຼ່ງອື່ນໆທີ່ລາຍງານໃນເອກະສານ, ພວກເຮົາຍັງໄດ້ວັດແທກຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນສີ່ໂພຣບ (ຮູບ S5) ແລະ ລະບຸພວກມັນເປັນໜ້າທີ່ຂອງການສົ່ງຜ່ານທີ່ 550 nm (ຮູບ S6) ໃນຮູບທີ 2A. MGG ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມນຳໄຟຟ້າ ແລະ ຄວາມໂປ່ງໃສທີ່ທຽບເທົ່າ ຫຼື ສູງກວ່າກ່ວາ graphene ທຳມະດາຫຼາຍຊັ້ນທີ່ວາງຊ້ອນກັນແບບທຽມ ແລະ graphene oxide ທີ່ຫຼຸດລົງ (RGO) (6, 8, 18). ໃຫ້ສັງເກດວ່າຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນຂອງ graphene ທຳມະດາຫຼາຍຊັ້ນທີ່ວາງຊ້ອນກັນແບບທຽມຈາກເອກະສານແມ່ນສູງກວ່າ MGG ຂອງພວກເຮົາເລັກນ້ອຍ, ອາດຈະເປັນຍ້ອນເງື່ອນໄຂການເຕີບໃຫຍ່ ແລະ ວິທີການໂອນຍ້າຍທີ່ບໍ່ໄດ້ປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດ.
(ກ) ຄວາມຕ້ານທານແຜ່ນສີ່ໂພຣບທຽບກັບການສົ່ງຜ່ານທີ່ 550 nm ສຳລັບ graphene ຫຼາຍຊະນິດ, ບ່ອນທີ່ສີ່ຫຼ່ຽມມົນສີດຳໝາຍເຖິງ mono-, bi-, ແລະ trilayer MGGs; ວົງມົນສີແດງ ແລະ ສາມຫຼ່ຽມສີຟ້າສອດຄ່ອງກັບ graphene ທຳມະດາຫຼາຍຊັ້ນທີ່ປູກຢູ່ເທິງ Cu ແລະ Ni ຈາກການສຶກສາຂອງ Li et al. (6) ແລະ Kim et al. (8), ຕາມລຳດັບ, ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນໄດ້ໂອນໄປຫາ SiO2/Si ຫຼື quartz; ແລະ ສາມຫຼ່ຽມສີຂຽວແມ່ນຄ່າສຳລັບ RGO ໃນລະດັບການຫຼຸດຜ່ອນທີ່ແຕກຕ່າງກັນຈາກການສຶກສາຂອງ Bonaccorso et al. (18). (ຂ ແລະ ຄ) ການປ່ຽນແປງຄວາມຕ້ານທານປົກກະຕິຂອງ mono-, bi- ແລະ trilayer MGGs ແລະ G ເປັນໜ້າທີ່ຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງຕັ້ງສາກ (ຂ) ແລະ ຂະໜານ (ຄ) ກັບທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າ. (ງ) ການປ່ຽນແປງຄວາມຕ້ານທານປົກກະຕິຂອງ bilayer G (ສີແດງ) ແລະ MGG (ສີດຳ) ພາຍໃຕ້ການໂຫຼດຄວາມເຄັ່ງຕຶງວົງຈອນສູງເຖິງ 50% ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຕັ້ງສາກ. ​​(ຈ) ການປ່ຽນແປງຄວາມຕ້ານທານປົກກະຕິຂອງ trilayer G (ສີແດງ) ແລະ MGG (ສີດຳ) ພາຍໃຕ້ການໂຫຼດຄວາມເຄັ່ງຕຶງວົງຈອນສູງເຖິງ 90% ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂະໜານ. (F) ການປ່ຽນແປງຄວາມຈຸປົກກະຕິຂອງຊັ້ນ mono-, bi- ແລະ trilayer G ແລະ bi- ແລະ trilayer MGGs ເປັນໜ້າທີ່ຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ຮູບທີ່ຝັງຢູ່ໃນໂຄງສ້າງຕົວເກັບປະຈຸ, ບ່ອນທີ່ຊັ້ນຮອງໂພລີເມີແມ່ນ SEBS ແລະຊັ້ນໄດອີເລັກຕຣິກໂພລີເມີແມ່ນ SEBS ໜາ 2-μm.
ເພື່ອປະເມີນປະສິດທິພາບທີ່ຂຶ້ນກັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງ MGG, ພວກເຮົາໄດ້ໂອນ graphene ໄປໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນ thermoplastic elastomer styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS) (ກວ້າງ ~2 ຊມ ແລະ ຍາວ ~5 ຊມ), ແລະ ຄວາມນຳໄຟຟ້າໄດ້ຖືກວັດແທກເມື່ອຊັ້ນຮອງພື້ນຖືກຍືດ (ເບິ່ງວັດສະດຸ ແລະ ວິທີການ) ທັງຕັ້ງສາກ ແລະ ຂະໜານກັບທິດທາງຂອງການໄຫຼຂອງກະແສໄຟຟ້າ (ຮູບທີ 2, B ແລະ C). ພຶດຕິກຳທາງໄຟຟ້າທີ່ຂຶ້ນກັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງໄດ້ປັບປຸງດ້ວຍການລວມເອົາ nanoscrolls ແລະ ຈຳນວນຊັ້ນ graphene ທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ. ຕົວຢ່າງ, ເມື່ອຄວາມເຄັ່ງຕຶງຕັ້ງສາກກັບກະແສໄຟຟ້າ, ສຳລັບ graphene ຊັ້ນດຽວ, ການເພີ່ມ scrolls ເພີ່ມຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ການແຕກຫັກທາງໄຟຟ້າຈາກ 5 ເປັນ 70%. ຄວາມທົນທານຕໍ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງ graphene ສາມຊັ້ນຍັງໄດ້ຮັບການປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບ graphene ຊັ້ນດຽວ. ດ້ວຍ nanoscrolls, ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຕັ້ງສາກ 100%, ຄວາມຕ້ານທານຂອງໂຄງສ້າງ MGG ສາມຊັ້ນເພີ່ມຂຶ້ນພຽງແຕ່ 50%, ເມື່ອທຽບກັບ 300% ສຳລັບ graphene ສາມຊັ້ນທີ່ບໍ່ມີ scrolls. ການປ່ຽນແປງຄວາມຕ້ານທານພາຍໃຕ້ການໂຫຼດຄວາມເຄັ່ງຕຶງແບບວົງຈອນໄດ້ຖືກສືບສວນ. ສຳລັບການປຽບທຽບ (ຮູບທີ 2D), ຄວາມຕ້ານທານຂອງຟິມກຣາຟີນສອງຊັ້ນທຳມະດາເພີ່ມຂຶ້ນປະມານ 7.5 ເທົ່າຫຼັງຈາກ ~700 ຮອບວຽນທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຕັ້ງສາກ 50% ແລະສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນຕາມຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນແຕ່ລະຮອບວຽນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຄວາມຕ້ານທານຂອງ MGG ສອງຊັ້ນເພີ່ມຂຶ້ນພຽງແຕ່ປະມານ 2.5 ເທົ່າຫຼັງຈາກ ~700 ຮອບວຽນ. ການໃຊ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງເຖິງ 90% ຕາມທິດທາງຂະໜານ, ຄວາມຕ້ານທານຂອງກຣາຟີນສາມຊັ້ນເພີ່ມຂຶ້ນປະມານ 100 ເທົ່າຫຼັງຈາກ 1000 ຮອບວຽນ, ໃນຂະນະທີ່ມັນມີພຽງແຕ່ ~8 ເທົ່າໃນ MGG ສາມຊັ້ນ (ຮູບທີ 2E). ຜົນການໝຸນວຽນແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S7. ການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານທີ່ຂ້ອນຂ້າງໄວຕາມທິດທາງຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂະໜານແມ່ນຍ້ອນວ່າທິດທາງຂອງຮອຍແຕກແມ່ນຕັ້ງສາກກັບທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າ. ຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງຄວາມຕ້ານທານໃນລະຫວ່າງການໂຫຼດແລະການຍົກຄວາມເຄັ່ງຕຶງແມ່ນຍ້ອນການຟື້ນຕົວຂອງ viscoelastic ຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນຢາງ SEBS. ຄວາມຕ້ານທານທີ່ໝັ້ນຄົງກວ່າຂອງແຖບ MGG ໃນລະຫວ່າງການໝຸນວຽນແມ່ນຍ້ອນການມີມ້ວນຂະໜາດໃຫຍ່ທີ່ສາມາດເຊື່ອມຕໍ່ສ່ວນທີ່ແຕກຂອງກຣາຟີນ (ດັ່ງທີ່ສັງເກດເຫັນໂດຍ AFM), ຊ່ວຍຮັກສາເສັ້ນທາງການຊຶມຜ່ານ. ປະກົດການການຮັກສາຄວາມນຳໄຟຟ້າໂດຍເສັ້ນທາງການຊຶມຜ່ານນີ້ໄດ້ຖືກລາຍງານມາກ່ອນສຳລັບໂລຫະທີ່ມີຮອຍແຕກ ຫຼື ຟິມເຄິ່ງຕົວນຳເທິງຊັ້ນຮອງອີລາສໂຕເມີ (40, 41).
ເພື່ອປະເມີນຟິມທີ່ອີງໃສ່ກຣາຟີນເຫຼົ່ານີ້ເປັນຂົ້ວໄຟຟ້າປະຕູໃນອຸປະກອນທີ່ຍືດໄດ້, ພວກເຮົາໄດ້ປົກຄຸມຊັ້ນກຣາຟີນດ້ວຍຊັ້ນໄດອີເລັກຕຣິກ SEBS (ໜາ 2 μm) ແລະຕິດຕາມກວດກາການປ່ຽນແປງຄວາມຈຸໄດອີເລັກຕຣິກເປັນໜ້າທີ່ຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ (ເບິ່ງຮູບທີ 2F ແລະເອກະສານເສີມສຳລັບລາຍລະອຽດ). ພວກເຮົາສັງເກດເຫັນວ່າຄວາມຈຸທີ່ມີຂົ້ວໄຟຟ້າກຣາຟີນຊັ້ນດຽວ ແລະ ຊັ້ນສອງຫຼຸດລົງຢ່າງໄວວາເນື່ອງຈາກການສູນເສຍຄວາມນຳໄຟຟ້າໃນລະນາບຂອງກຣາຟີນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຄວາມຈຸທີ່ຖືກກີດກັ້ນໂດຍ MGGs ເຊັ່ນດຽວກັນກັບກຣາຟີນຊັ້ນສາມທຳມະດາສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມຈຸພ້ອມກັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງ, ເຊິ່ງຄາດວ່າຈະເປັນຍ້ອນການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມໜາຂອງໄດອີເລັກຕຣິກພ້ອມກັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມຈຸທີ່ຄາດວ່າຈະກົງກັນໄດ້ດີກັບໂຄງສ້າງ MGG (ຮູບ S8). ນີ້ຊີ້ບອກວ່າ MGG ເໝາະສົມເປັນຂົ້ວໄຟຟ້າປະຕູສຳລັບທຣານຊິດເຕີທີ່ສາມາດຍືດໄດ້.
ເພື່ອສືບສວນເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບບົດບາດຂອງແຜ່ນກຣາຟີນ 1D ກ່ຽວກັບຄວາມທົນທານຕໍ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງການນຳໄຟຟ້າ ແລະ ຄວບຄຸມການແຍກລະຫວ່າງຊັ້ນກຣາຟີນໃຫ້ດີຂຶ້ນ, ພວກເຮົາໄດ້ໃຊ້ CNT ເຄືອບດ້ວຍສະເປຣເພື່ອທົດແທນແຜ່ນກຣາຟີນ (ເບິ່ງເອກະສານເສີມ). ເພື່ອຮຽນແບບໂຄງສ້າງ MGG, ພວກເຮົາໄດ້ຝາກຄວາມໜາແໜ້ນສາມຢ່າງຂອງ CNT (ນັ້ນຄື CNT1
(A ຫາ C) ຮູບພາບ AFM ຂອງຄວາມໜາແໜ້ນທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມຢ່າງຂອງ CNTs (CNT1)
ເພື່ອເຂົ້າໃຈຄວາມສາມາດຂອງພວກມັນຕື່ມອີກໃນຖານະເປັນເອເລັກໂຕຣດສຳລັບເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດຍືດໄດ້, ພວກເຮົາໄດ້ສືບສວນຮູບຮ່າງຂອງ MGG ແລະ G-CNT-G ພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຢ່າງເປັນລະບົບ. ກ້ອງຈຸລະທັດແບບແສງ ແລະ ກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນສະແກນ (SEM) ບໍ່ແມ່ນວິທີການລະບຸລັກສະນະທີ່ມີປະສິດທິພາບ ເພາະວ່າທັງສອງຂາດຄວາມຄົມຊັດຂອງສີ ແລະ SEM ແມ່ນຂຶ້ນກັບສິ່ງປະດິດຮູບພາບໃນລະຫວ່າງການສະແກນເອເລັກໂຕຣນ ເມື່ອ graphene ຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງໂພລີເມີ (ຮູບ S9 ແລະ S10). ເພື່ອສັງເກດການພື້ນຜິວ graphene ພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນສະຖານທີ່, ພວກເຮົາໄດ້ເກັບກຳການວັດແທກ AFM ໃນ MGGs ສາມຊັ້ນ ແລະ graphene ທຳມະດາຫຼັງຈາກການໂອນໄປສູ່ຊັ້ນຮອງ SEBS ທີ່ບາງຫຼາຍ (ໜາ ~0.1 ມມ) ແລະ ຍືດຫຍຸ່ນ. ເນື່ອງຈາກຂໍ້ບົກຜ່ອງພາຍໃນໃນ graphene CVD ແລະ ຄວາມເສຍຫາຍພາຍນອກໃນລະຫວ່າງຂະບວນການໂອນ, ຮອຍແຕກຈະເກີດຂຶ້ນຢ່າງຫຼີກລ່ຽງບໍ່ໄດ້ໃນ graphene ທີ່ມີຄວາມເຄັ່ງຕຶງ, ແລະ ດ້ວຍຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຮອຍແຕກຈຶ່ງກາຍເປັນໜາແໜ້ນຂຶ້ນ (ຮູບທີ 4, A ຫາ D). ຂຶ້ນກັບໂຄງສ້າງການວາງຊ້ອນຂອງເອເລັກໂຕຣດທີ່ອີງໃສ່ຄາບອນ, ຮອຍແຕກສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບຮ່າງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (ຮູບ S11) (27). ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພື້ນທີ່ຮອຍແຕກ (ນິຍາມວ່າເປັນພື້ນທີ່ຮອຍແຕກ/ພື້ນທີ່ທີ່ຖືກວິເຄາະ) ຂອງກຣາຟີນຫຼາຍຊັ້ນແມ່ນໜ້ອຍກວ່າກຣາຟີນຊັ້ນດຽວຫຼັງຈາກຄວາມເຄັ່ງຕຶງ, ເຊິ່ງສອດຄ່ອງກັບການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຄວາມນຳໄຟຟ້າສຳລັບ MGGs. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຮອຍເລື່ອນມັກຈະຖືກສັງເກດເຫັນເພື່ອເຊື່ອມຕໍ່ຮອຍແຕກ, ສະໜອງເສັ້ນທາງນຳໄຟຟ້າເພີ່ມເຕີມໃນຟິມທີ່ມີຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ຕົວຢ່າງ, ດັ່ງທີ່ຕິດສະຫຼາກຢູ່ໃນຮູບພາບຂອງຮູບທີ 4B, ຮອຍເລື່ອນກວ້າງທີ່ຕັດຜ່ານຮອຍແຕກໃນ MGG ສາມຊັ້ນ, ແຕ່ບໍ່ສັງເກດເຫັນຮອຍເລື່ອນໃນກຣາຟີນທຳມະດາ (ຮູບທີ 4, E ຫາ H). ໃນທຳນອງດຽວກັນ, CNTs ຍັງໄດ້ເຊື່ອມຕໍ່ຮອຍແຕກໃນກຣາຟີນ (ຮູບ S11). ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພື້ນທີ່ຮອຍແຕກ, ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພື້ນທີ່ຮອຍເລື່ອນ, ແລະ ຄວາມຫຍາບຂອງຟິມໄດ້ຖືກສະຫຼຸບໄວ້ໃນຮູບທີ 4K.
(A ຫາ H) ຮູບພາບ AFM ໃນສະຖານທີ່ຂອງການເລື່ອນ G/G ສາມຊັ້ນ (A ຫາ D) ແລະໂຄງສ້າງ G ສາມຊັ້ນ (E ຫາ H) ເທິງອີລາສໂຕເມີ SEBS ບາງໆ (ໜາ ~0.1 ມມ) ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 0, 20, 60, ແລະ 100%. ຮອຍແຕກ ແລະ ຮອຍເລື່ອນທີ່ເປັນຕົວແທນແມ່ນຊີ້ດ້ວຍລູກສອນ. ຮູບພາບ AFM ທັງໝົດແມ່ນຢູ່ໃນພື້ນທີ່ 15 μm × 15 μm, ໂດຍໃຊ້ແຖບຂະໜາດສີດຽວກັນກັບທີ່ຕິດປ້າຍ. (I) ເລຂາຄະນິດການຈຳລອງຂອງເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນຊັ້ນດຽວທີ່ມີລວດລາຍຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ SEBS. (J) ແຜນທີ່ຮູບຮ່າງການຈຳລອງຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງໂລກາລິດຕົ້ນຕໍສູງສຸດໃນກຣາຟີນຊັ້ນດຽວ ແລະຊັ້ນຮອງພື້ນ SEBS ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງພາຍນອກ 20%. (K) ການປຽບທຽບຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພື້ນທີ່ຮອຍແຕກ (ຖັນສີແດງ), ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພື້ນທີ່ເລື່ອນ (ຖັນສີເຫຼືອງ), ແລະ ຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວ (ຖັນສີຟ້າ) ສຳລັບໂຄງສ້າງກຣາຟີນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
ເມື່ອຟິມ MGG ຖືກຍືດອອກ, ມີກົນໄກເພີ່ມເຕີມທີ່ສຳຄັນທີ່ມ້ວນສາມາດເຊື່ອມຕໍ່ພາກສ່ວນທີ່ມີຮອຍແຕກຂອງ graphene, ຮັກສາເຄືອຂ່າຍທີ່ຊຶມຜ່ານໄດ້. ມ້ວນ graphene ມີຄວາມຫວັງດີເພາະວ່າພວກມັນສາມາດມີຄວາມຍາວຫຼາຍສິບໄມໂຄຣແມັດ ແລະ ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສາມາດເຊື່ອມຕໍ່ຮອຍແຕກທີ່ປົກກະຕິແລ້ວມີຂະໜາດສູງເຖິງຂະໜາດໄມໂຄຣແມັດ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເນື່ອງຈາກມ້ວນປະກອບດ້ວຍຫຼາຍຊັ້ນຂອງ graphene, ພວກມັນຄາດວ່າຈະມີຄວາມຕ້ານທານຕ່ຳ. ເມື່ອປຽບທຽບກັນ, ເຄືອຂ່າຍ CNT ທີ່ຂ້ອນຂ້າງໜາແໜ້ນ (ການສົ່ງຜ່ານຕ່ຳ) ແມ່ນຕ້ອງການເພື່ອໃຫ້ຄວາມສາມາດໃນການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ນຳໄຟຟ້າທຽບເທົ່າ, ຍ້ອນວ່າ CNT ມີຂະໜາດນ້ອຍກວ່າ (ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວມີຄວາມຍາວສອງສາມໄມໂຄຣແມັດ) ແລະ ນຳໄຟຟ້າໜ້ອຍກວ່າມ້ວນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S12, ໃນຂະນະທີ່ graphene ມີຮອຍແຕກໃນລະຫວ່າງການຍືດເພື່ອຮອງຮັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງ, ມ້ວນບໍ່ແຕກ, ຊີ້ບອກວ່າອັນສຸດທ້າຍອາດຈະເລື່ອນຢູ່ເທິງ graphene ທີ່ຢູ່ດ້ານລຸ່ມ. ເຫດຜົນທີ່ພວກມັນບໍ່ແຕກອາດຈະເປັນຍ້ອນໂຄງສ້າງທີ່ມ້ວນຂຶ້ນ, ປະກອບດ້ວຍຫຼາຍຊັ້ນຂອງ graphene (ຍາວ ~1 ຫາ 2 0 μm, ກວ້າງ ~0.1 ຫາ 1 μm, ແລະສູງ ~10 ຫາ 100 nm), ເຊິ່ງມີໂມດູນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງກວ່າ graphene ຊັ້ນດຽວ. ດັ່ງທີ່ລາຍງານໂດຍ Green ແລະ Hersam (42), ເຄືອຂ່າຍ CNT ໂລຫະ (ເສັ້ນຜ່າສູນກາງທໍ່ 1.0 nm) ສາມາດບັນລຸຄວາມຕ້ານທານແຜ່ນຕໍ່າ <100 ohms/sq ເຖິງວ່າຈະມີຄວາມຕ້ານທານການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ໃຫຍ່ລະຫວ່າງ CNTs. ໂດຍພິຈາລະນາວ່າມ້ວນ graphene ຂອງພວກເຮົາມີຄວາມກວ້າງ 0.1 ຫາ 1 μm ແລະມ້ວນ G/G ມີພື້ນທີ່ຕິດຕໍ່ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ CNTs, ຄວາມຕ້ານທານການຕິດຕໍ່ ແລະພື້ນທີ່ຕິດຕໍ່ລະຫວ່າງ graphene ແລະມ້ວນ graphene ບໍ່ຄວນເປັນປັດໄຈຈຳກັດໃນການຮັກສາຄວາມນຳໄຟຟ້າສູງ.
ກຣາຟີນມີໂມດູລັດສູງກວ່າຊັ້ນຮອງພື້ນ SEBS ຫຼາຍ. ເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມໜາທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນຈະຕ່ຳກວ່າຊັ້ນຮອງພື້ນຫຼາຍ, ແຕ່ຄວາມແຂງຂອງກຣາຟີນຄູນຄວາມໜາຂອງມັນແມ່ນທຽບເທົ່າກັບຊັ້ນຮອງພື້ນ (43, 44), ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດຜົນກະທົບຂອງເກາະແຂງປານກາງ. ພວກເຮົາໄດ້ຈຳລອງການຜິດຮູບຂອງກຣາຟີນໜາ 1 nm ໃນຊັ້ນຮອງພື້ນ SEBS (ເບິ່ງເອກະສານເສີມສຳລັບລາຍລະອຽດ). ອີງຕາມຜົນການຈຳລອງ, ເມື່ອຄວາມເຄັ່ງ 20% ຖືກນຳໃຊ້ກັບຊັ້ນຮອງພື້ນ SEBS ພາຍນອກ, ຄວາມເຄັ່ງສະເລ່ຍໃນກຣາຟີນແມ່ນ ~6.6% (ຮູບທີ 4J ແລະຮູບທີ S13D), ເຊິ່ງສອດຄ່ອງກັບການສັງເກດການທົດລອງ (ເບິ່ງຮູບທີ S13). ພວກເຮົາໄດ້ປຽບທຽບຄວາມເຄັ່ງໃນກຣາຟີນທີ່ມີຮູບແບບ ແລະ ພາກພື້ນຊັ້ນຮອງພື້ນໂດຍໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດທາງແສງ ແລະ ພົບວ່າຄວາມເຄັ່ງໃນພາກພື້ນຊັ້ນຮອງພື້ນມີຢ່າງໜ້ອຍສອງເທົ່າຂອງຄວາມເຄັ່ງໃນພາກພື້ນກຣາຟີນ. ນີ້ຊີ້ບອກວ່າຄວາມເຄັ່ງທີ່ໃຊ້ກັບຮູບແບບເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນສາມາດຖືກຈຳກັດຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຮັດໃຫ້ເກີດເກາະແຂງກຣາຟີນຢູ່ເທິງສຸດຂອງ SEBS (26, 43, 44).
ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມສາມາດຂອງເອເລັກໂຕຣດ MGG ໃນການຮັກສາຄວາມນຳໄຟຟ້າສູງພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງສູງອາດຈະເປັນໄປໄດ້ໂດຍສອງກົນໄກຫຼັກຄື: (i) ມ້ວນສາມາດເຊື່ອມຕໍ່ພາກພື້ນທີ່ບໍ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນເພື່ອຮັກສາເສັ້ນທາງການຊຶມຜ່ານທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້, ແລະ (ii) ແຜ່ນ graphene ຫຼາຍຊັ້ນ/elastomer ອາດຈະເລື່ອນຜ່ານກັນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນເອເລັກໂຕຣດ graphene ຫຼຸດລົງ. ສຳລັບຫຼາຍຊັ້ນຂອງ graphene ທີ່ຖືກໂອນໄປເທິງ elastomer, ຊັ້ນຕ່າງໆບໍ່ໄດ້ຕິດກັນຢ່າງແຂງແຮງ, ເຊິ່ງອາດຈະເລື່ອນໄປຕາມຄວາມເຄັ່ງຕຶງ (27). ມ້ວນຍັງເພີ່ມຄວາມຫຍາບຂອງຊັ້ນ graphene, ເຊິ່ງອາດຈະຊ່ວຍເພີ່ມການແຍກລະຫວ່າງຊັ້ນ graphene ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ການເລື່ອນຂອງຊັ້ນ graphene.
ອຸປະກອນຄາບອນທັງໝົດແມ່ນໄດ້ຮັບການຄົ້ນຄວ້າຢ່າງກະຕືລືລົ້ນເນື່ອງຈາກມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕໍ່າ ແລະ ປະລິມານການຜະລິດສູງ. ໃນກໍລະນີຂອງພວກເຮົາ, ທຣານຊິດເຕີຄາບອນທັງໝົດໄດ້ຖືກຜະລິດໂດຍໃຊ້ປະຕູກຣາຟີນດ້ານລຸ່ມ, ແຫຼ່ງ/ທໍ່ລະບາຍກຣາຟີນດ້ານເທິງ, ເຄິ່ງຕົວນຳ CNT ທີ່ຈັດຮຽງ, ແລະ SEBS ເປັນໄດອີເລັກຕຣິກ (ຮູບທີ 5A). ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 5B, ອຸປະກອນຄາບອນທັງໝົດທີ່ມີ CNT ເປັນແຫຼ່ງ/ທໍ່ລະບາຍ ແລະ ປະຕູ (ອຸປະກອນດ້ານລຸ່ມ) ມີຄວາມທຶບທึບຫຼາຍກ່ວາອຸປະກອນທີ່ມີເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນ (ອຸປະກອນດ້ານເທິງ). ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າເຄືອຂ່າຍ CNT ຕ້ອງການຄວາມໜາທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ ແລະ ດັ່ງນັ້ນ, ການສົ່ງຜ່ານແສງຕ່ຳກວ່າເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນຄ້າຍຄືກັບກຣາຟີນ (ຮູບ S4). ຮູບທີ 5 (C ແລະ D) ສະແດງໃຫ້ເຫັນເສັ້ນໂຄ້ງການໂອນຍ້າຍຕົວແທນ ແລະ ເສັ້ນໂຄ້ງຜົນຜະລິດກ່ອນຄວາມເຄັ່ງຕຶງສຳລັບທຣານຊິດເຕີທີ່ເຮັດດ້ວຍເອເລັກໂຕຣດ MGG ສອງຊັ້ນ. ຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງທາງ ແລະ ຄວາມຍາວຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ບໍ່ມີຄວາມເຄັ່ງຕຶງແມ່ນ 800 ແລະ 100 μm, ຕາມລຳດັບ. ອັດຕາສ່ວນເປີດ/ປິດທີ່ວັດແທກໄດ້ແມ່ນຫຼາຍກວ່າ 103 ດ້ວຍກະແສເປີດ ແລະ ປິດຢູ່ທີ່ລະດັບ 10−5 ແລະ 10−8 A, ຕາມລຳດັບ. ເສັ້ນໂຄ້ງຜົນຜະລິດສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງລະບອບເສັ້ນຊື່ ແລະ ລະບອບຄວາມອີ່ມຕົວທີ່ເໝາະສົມ ໂດຍມີການເພິ່ງພາອາໄສແຮງດັນປະຕູທີ່ຊັດເຈນ, ຊີ້ບອກເຖິງການຕິດຕໍ່ທີ່ເໝາະສົມລະຫວ່າງ CNT ແລະ ເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນ (45). ຄວາມຕ້ານທານການຕິດຕໍ່ກັບເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນວ່າຕ່ຳກວ່າກັບຟິມ Au ທີ່ລະເຫີຍ (ເບິ່ງຮູບ S14). ການເຄື່ອນທີ່ຂອງຄວາມອີ່ມຕົວຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ແມ່ນປະມານ 5.6 cm2/Vs, ຄ້າຍຄືກັບຂອງທຣານຊິດເຕີ CNT ທີ່ຈັດຮຽງດ້ວຍໂພລີເມີດຽວກັນໃນຊັ້ນຮອງ Si ແຂງທີ່ມີ SiO2 300 nm ເປັນຊັ້ນໄດອີເລັກຕຣິກ. ການປັບປຸງຕື່ມອີກໃນການເຄື່ອນທີ່ແມ່ນເປັນໄປໄດ້ດ້ວຍຄວາມໜາແໜ້ນຂອງທໍ່ທີ່ດີທີ່ສຸດ ແລະ ທໍ່ປະເພດອື່ນໆ (46).
(A) ແຜນວາດຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ໂດຍອີງໃສ່ກຣາຟີນ. SWNTs, ທໍ່ນາໂນຄາບອນຝາດຽວ. (B) ຮູບພາບຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ທີ່ເຮັດດ້ວຍເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນ (ດ້ານເທິງ) ແລະເອເລັກໂຕຣດ CNT (ດ້ານລຸ່ມ). ຄວາມແຕກຕ່າງໃນຄວາມໂປ່ງໃສແມ່ນສັງເກດເຫັນໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນ. (C ແລະ D) ເສັ້ນໂຄ້ງການໂອນ ແລະ ເສັ້ນໂຄ້ງຜົນຜະລິດຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ອີງໃສ່ກຣາຟີນໃນ SEBS ກ່ອນຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. (E ແລະ F) ເສັ້ນໂຄ້ງການໂອນ, ກະແສໄຟຟ້າເປີດ ແລະ ປິດ, ອັດຕາສ່ວນເປີດ/ປິດ, ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ອີງໃສ່ກຣາຟີນທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
ເມື່ອອຸປະກອນກາກບອນທີ່ໂປ່ງໃສ ແລະ ທັງໝົດຖືກຍືດອອກໄປໃນທິດທາງຂະໜານກັບທິດທາງການຂົນສົ່ງປະຈຸ, ການເສື່ອມສະພາບໜ້ອຍທີ່ສຸດໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນເຖິງ 120% ຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ໃນລະຫວ່າງການຍືດ, ການເຄື່ອນທີ່ຫຼຸດລົງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຈາກ 5.6 cm2/Vs ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 0% ເປັນ 2.5 cm2/Vs ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 120% (ຮູບທີ 5F). ພວກເຮົາຍັງໄດ້ປຽບທຽບປະສິດທິພາບຂອງທຣານຊິດເຕີສຳລັບຄວາມຍາວຂອງຊ່ອງທາງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (ເບິ່ງຕາຕະລາງ S1). ໂດຍສະເພາະ, ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂະໜາດໃຫຍ່ເຖິງ 105%, ທຣານຊິດເຕີທັງໝົດເຫຼົ່ານີ້ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນອັດຕາສ່ວນເປີດ/ປິດສູງ ( >103) ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ ( >3 cm2/Vs). ນອກຈາກນັ້ນ, ພວກເຮົາໄດ້ສະຫຼຸບວຽກງານທີ່ຜ່ານມາທັງໝົດກ່ຽວກັບທຣານຊິດເຕີທີ່ມີກາກບອນທັງໝົດ (ເບິ່ງຕາຕະລາງ S2) (47–52). ໂດຍການເພີ່ມປະສິດທິພາບການຜະລິດອຸປະກອນໃນອີລາສໂຕເມີ ແລະ ການໃຊ້ MGGs ເປັນຕົວຕິດຕໍ່, ທຣານຊິດເຕີທີ່ມີກາກບອນທັງໝົດຂອງພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນປະສິດທິພາບທີ່ດີໃນດ້ານການເຄື່ອນທີ່ ແລະ ຮິສເຕີຣີຊີສ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບຄວາມຍືດหยุ่นສູງ.
ໃນຖານະເປັນການນຳໃຊ້ທຣານຊິດເຕີທີ່ມີຄວາມໂປ່ງໃສ ແລະ ຍືດໄດ້ຢ່າງເຕັມທີ່, ພວກເຮົາໄດ້ໃຊ້ມັນເພື່ອຄວບຄຸມການສະຫຼັບຂອງ LED (ຮູບທີ 6A). ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 6B, LED ສີຂຽວສາມາດເຫັນໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນຜ່ານອຸປະກອນຄາບອນທັງໝົດທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ທີ່ວາງໄວ້ຂ້າງເທິງໂດຍກົງ. ໃນຂະນະທີ່ຍືດໄດ້ເຖິງ ~100% (ຮູບທີ 6, C ແລະ D), ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງ LED ບໍ່ປ່ຽນແປງ, ເຊິ່ງສອດຄ່ອງກັບປະສິດທິພາບຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ໄດ້ອະທິບາຍຂ້າງເທິງ (ເບິ່ງຮູບເງົາ S1). ນີ້ແມ່ນລາຍງານທຳອິດຂອງໜ່ວຍຄວບຄຸມທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ທີ່ຜະລິດໂດຍໃຊ້ເອເລັກໂຕຣດກຣາຟີນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃໝ່ສຳລັບເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ຂອງກຣາຟີນ.
(ກ) ວົງຈອນຂອງທຣານຊິດເຕີເພື່ອຂັບ LED. GND, ກຣານ. (ຂ) ຮູບພາບຂອງທຣານຊິດເຕີຄາບອນທັງໝົດທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ ແລະ ໂປ່ງໃສທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 0% ທີ່ຕິດຕັ້ງຢູ່ເທິງ LED ສີຂຽວ. (ຄ) ທຣານຊິດເຕີຄາບອນທັງໝົດທີ່ໂປ່ງໃສ ແລະ ຍືດຫຍຸ່ນໄດ້ທີ່ໃຊ້ເພື່ອສະວິດ LED ກຳລັງຖືກຕິດຕັ້ງຢູ່ເທິງ LED ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 0% (ຊ້າຍ) ແລະ ~100% (ຂວາ). ລູກສອນສີຂາວຊີ້ເປັນເຄື່ອງໝາຍສີເຫຼືອງໃນອຸປະກອນເພື່ອສະແດງການປ່ຽນແປງໄລຍະທາງທີ່ຖືກຍືດ. (ງ) ມຸມມອງຂ້າງຂອງທຣານຊິດເຕີທີ່ຍືດ, ໂດຍມີ LED ຖືກຍູ້ເຂົ້າໄປໃນອີລາສໂຕເມີ.
ສະຫຼຸບແລ້ວ, ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາໂຄງສ້າງ graphene ທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້ໂປ່ງໃສ ເຊິ່ງຮັກສາຄວາມນຳໄຟຟ້າສູງພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂະໜາດໃຫຍ່ ເປັນຂົ້ວໄຟຟ້າທີ່ສາມາດຍືດໄດ້, ເຊິ່ງເປີດໃຊ້ງານໂດຍ graphene nanoscrolls ລະຫວ່າງຊັ້ນ graphene ທີ່ວາງຊ້ອນກັນ. ໂຄງສ້າງຂົ້ວໄຟຟ້າ MGG ສອງຊັ້ນ ແລະ ສາມຊັ້ນເຫຼົ່ານີ້ໃນ elastomer ສາມາດຮັກສາຄວາມນຳໄຟຟ້າ 0% ຂອງພວກມັນໄດ້ 21 ແລະ 65% ຕາມລຳດັບ ທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງສູງເຖິງ 100%, ເມື່ອທຽບກັບການສູນເສຍຄວາມນຳໄຟຟ້າທັງໝົດທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 5% ສຳລັບຂົ້ວໄຟຟ້າ graphene ຊັ້ນດຽວທົ່ວໄປ. ເສັ້ນທາງນຳໄຟຟ້າເພີ່ມເຕີມຂອງ graphene scrolls ເຊັ່ນດຽວກັນກັບການພົວພັນທີ່ອ່ອນແອລະຫວ່າງຊັ້ນທີ່ຖືກໂອນຍ້າຍ ປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງຄວາມນຳໄຟຟ້າທີ່ດີກວ່າພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ພວກເຮົາໄດ້ນຳໃຊ້ໂຄງສ້າງ graphene ນີ້ຕື່ມອີກເພື່ອຜະລິດທຣານຊິດເຕີທີ່ຍືດໄດ້ທັງໝົດທີ່ມີຄາບອນ. ມາຮອດປະຈຸບັນ, ນີ້ແມ່ນທຣານຊິດເຕີທີ່ອີງໃສ່ graphene ທີ່ຍືດໄດ້ຫຼາຍທີ່ສຸດ ດ້ວຍຄວາມໂປ່ງໃສທີ່ດີທີ່ສຸດໂດຍບໍ່ຕ້ອງໃຊ້ການງໍ. ເຖິງແມ່ນວ່າການສຶກສາໃນປະຈຸບັນໄດ້ດຳເນີນການເພື່ອໃຫ້ graphene ສຳລັບເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ສາມາດຍືດໄດ້, ພວກເຮົາເຊື່ອວ່າວິທີການນີ້ສາມາດຂະຫຍາຍໄປສູ່ວັດສະດຸ 2D ອື່ນໆ ເພື່ອໃຫ້ສາມາດເອເລັກໂຕຣນິກ 2D ທີ່ສາມາດຍືດໄດ້.
ກຣາຟີນ CVD ພື້ນທີ່ຂະໜາດໃຫຍ່ໄດ້ຖືກປູກຢູ່ເທິງແຜ່ນຟອຍ Cu ທີ່ຫ້ອຍ (99.999%; Alfa Aesar) ພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນຄົງທີ່ 0.5 mtorr ດ້ວຍ CH4 50–SCCM (ຊັງຕີແມັດກ້ອນມາດຕະຖານຕໍ່ນາທີ) ແລະ 20–SCCM H2 ເປັນຕົວຕັ້ງຕົ້ນທີ່ອຸນຫະພູມ 1000°C. ທັງສອງດ້ານຂອງແຜ່ນຟອຍ Cu ໄດ້ຖືກປົກຄຸມດ້ວຍກຣາຟີນຊັ້ນດຽວ. ຊັ້ນບາງໆຂອງ PMMA (2000 rpm; A4, Microchem) ໄດ້ຖືກເຄືອບດ້ວຍສະປິນຢູ່ດ້ານໜຶ່ງຂອງແຜ່ນຟອຍ Cu, ປະກອບເປັນໂຄງສ້າງແຜ່ນຟອຍ PMMA/G/Cu/G. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຟິມທັງໝົດໄດ້ຖືກແຊ່ໃນສານລະລາຍ ammonium persulfate 0.1 M [(NH4)2S2O8] ປະມານ 2 ຊົ່ວໂມງເພື່ອກັດແຜ່ນຟອຍ Cu. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການນີ້, ກຣາຟີນດ້ານຫຼັງທີ່ບໍ່ໄດ້ຮັບການປົກປ້ອງຈະຈີກຕາມຂອບເຂດຂອງເມັດພືດກ່ອນ ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນກໍ່ມ້ວນເປັນແຜ່ນມ້ວນເນື່ອງຈາກຄວາມຕຶງຜິວໜ້າ. ແຜ່ນມ້ວນໄດ້ຖືກຕິດໃສ່ຟິມກຣາຟີນດ້ານເທິງທີ່ຮອງຮັບໂດຍ PMMA, ປະກອບເປັນແຜ່ນມ້ວນ PMMA/G/G. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຟິມໄດ້ຖືກລ້າງໃນນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນຫຼາຍຄັ້ງ ແລະ ວາງໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນເປົ້າໝາຍ, ເຊັ່ນ: SiO2/Si ແຂງ ຫຼື ຊັ້ນຮອງພື້ນພາດສະຕິກ. ທັນທີທີ່ຟິມທີ່ຕິດຢູ່ແຫ້ງຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ, ຕົວຢ່າງຈະຖືກແຊ່ນ້ຳໃນ acetone, acetone/IPA (isopropyl alcohol) 1:1 ແລະ IPA ຕາມລຳດັບເປັນເວລາ 30 ວິນາທີເພື່ອເອົາ PMMA ອອກ. ຟິມໄດ້ຖືກໃຫ້ຄວາມຮ້ອນທີ່ 100°C ເປັນເວລາ 15 ນາທີ ຫຼື ເກັບຮັກສາໄວ້ໃນສູນຍາກາດຄ້າງຄືນເພື່ອເອົານ້ຳທີ່ກັກໄວ້ອອກໃຫ້ໝົດກ່ອນທີ່ຈະໂອນຊັ້ນ G/G ອີກຊັ້ນໜຶ່ງໄປໃສ່ມັນ. ຂັ້ນຕອນນີ້ແມ່ນເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການແຍກຟິມ graphene ອອກຈາກຊັ້ນຮອງພື້ນ ແລະ ຮັບປະກັນການປົກຄຸມຢ່າງເຕັມທີ່ຂອງ MGGs ໃນລະຫວ່າງການປ່ອຍຊັ້ນພາຫະນະ PMMA.
ຮູບຮ່າງຂອງໂຄງສ້າງ MGG ໄດ້ຖືກສັງເກດໂດຍໃຊ້ກ້ອງຈຸລະທັດແບບແສງ (Leica) ແລະກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນສະແກນ (1 kV; FEI). ກ້ອງຈຸລະທັດແຮງປະລໍາມະນູ (Nanoscope III, ເຄື່ອງມືດິຈິຕອນ) ໄດ້ຖືກໃຊ້ງານໃນໂໝດການແຕະເພື່ອສັງເກດລາຍລະອຽດຂອງມ້ວນ G. ຄວາມໂປ່ງໃສຂອງຟິມໄດ້ຖືກທົດສອບໂດຍເຄື່ອງວັດແທກແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້ດ້ວຍລັງສີ ultraviolet (Agilent Cary 6000i). ສຳລັບການທົດສອບເມື່ອຄວາມເຄັ່ງຕຶງຢູ່ໃນທິດທາງຕັ້ງສາກຂອງກະແສໄຟຟ້າ, ການສ້າງຮູບແບບ photolithography ແລະ plasma O2 ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງແບບໂຄງສ້າງ graphene ເປັນແຖບ (ກວ້າງ ~300 μm ແລະຍາວ ~2000 μm), ແລະຂົ້ວໄຟຟ້າ Au (50 nm) ໄດ້ຖືກຝາກດ້ວຍຄວາມຮ້ອນໂດຍໃຊ້ໜ້າກາກເງົາຢູ່ທັງສອງສົ້ນຂອງດ້ານຍາວ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ແຖບກຣາຟີນໄດ້ຖືກນຳໄປສຳຜັດກັບອີລາສໂຕເມີ SEBS (ກວ້າງປະມານ 2 ຊມ ແລະ ຍາວປະມານ 5 ຊມ), ໂດຍມີແກນຍາວຂອງແຖບຂະໜານກັບດ້ານສັ້ນຂອງ SEBS ຕາມດ້ວຍການສະຫຼັກ BOE (buffered oxide etch) (HF:H2O 1:6) ແລະ eutectic gallium indium (EGaIn) ເປັນຕົວຕິດຕໍ່ທາງໄຟຟ້າ. ສຳລັບການທົດສອບຄວາມເຄັ່ງຕຶງແບບຂະໜານ, ໂຄງສ້າງກຣາຟີນທີ່ບໍ່ມີຮູບແບບ (ປະມານ 5 × 10 ມມ) ໄດ້ຖືກໂອນໄປຫາຊັ້ນຮອງ SEBS, ໂດຍມີແກນຍາວຂະໜານກັບດ້ານຍາວຂອງຊັ້ນຮອງ SEBS. ສຳລັບທັງສອງກໍລະນີ, G ທັງໝົດ (ໂດຍບໍ່ມີ G scrolls)/SEBS ໄດ້ຖືກຍືດໄປຕາມດ້ານຍາວຂອງອີລາສໂຕເມີໃນອຸປະກອນຄູ່ມື, ແລະ ໃນສະຖານທີ່, ພວກເຮົາໄດ້ວັດແທກການປ່ຽນແປງຄວາມຕ້ານທານຂອງພວກມັນພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນສະຖານີໂພຣບດ້ວຍເຄື່ອງວິເຄາະເຄິ່ງຕົວນຳ (Keithley 4200-SCS).
ທຣານຊິດເຕີຄາບອນທັງໝົດທີ່ສາມາດຍືດໄດ້ສູງ ແລະ ໂປ່ງໃສຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນໄດ້ຖືກຜະລິດໂດຍຂັ້ນຕອນຕໍ່ໄປນີ້ເພື່ອຫຼີກເວັ້ນຄວາມເສຍຫາຍຂອງຕົວລະລາຍອິນຊີຂອງໂພລີເມີໄດອີເລັກຕຣິກ ແລະ ຊັ້ນຮອງພື້ນ. ໂຄງສ້າງ MGG ໄດ້ຖືກໂອນໄປຫາ SEBS ເປັນຂົ້ວປະຕູ. ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຊັ້ນໄດອີເລັກຕຣິກໂພລີເມີຟິມບາງທີ່ເປັນເອກະພາບ (ໜາ 2 μm), ສານລະລາຍ SEBS toluene (80 mg/ml) ໄດ້ຖືກເຄືອບດ້ວຍສະປິນເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ SiO2/Si ທີ່ດັດແປງ octadecyltrichlorosilane (OTS) ທີ່ 1000 rpm ເປັນເວລາ 1 ນາທີ. ຟິມໄດອີເລັກຕຣິກບາງສາມາດໂອນໄດ້ງ່າຍຈາກໜ້າດິນ OTS ທີ່ບໍ່ລະລາຍນ້ຳໄປສູ່ຊັ້ນຮອງພື້ນ SEBS ທີ່ປົກຄຸມດ້ວຍ graphene ທີ່ກຽມໄວ້. ຕົວເກັບປະຈຸສາມາດຜະລິດໄດ້ໂດຍການຝາກຂົ້ວໄຟຟ້າດ້ານເທິງໂລຫະແຫຼວ (EGaIn; Sigma-Aldrich) ເພື່ອກຳນົດຄວາມຈຸເປັນໜ້າທີ່ຂອງຄວາມເຄັ່ງຕຶງໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງວັດແທກ LCR (ຄວາມໜ่วง, ຄວາມຈຸ, ຄວາມຕ້ານທານ) (Agilent). ສ່ວນອື່ນຂອງທຣານຊິດເຕີປະກອບດ້ວຍ CNT ເຄິ່ງນຳທີ່ຈັດຮຽງດ້ວຍໂພລີເມີ, ປະຕິບັດຕາມຂັ້ນຕອນທີ່ລາຍງານມາກ່ອນ (53). ເອເລັກໂຕຣດແຫຼ່ງ/ລະບາຍທີ່ມີຮູບແບບໄດ້ຖືກຜະລິດຢູ່ເທິງຊັ້ນ SiO2/Si ທີ່ແຂງ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ສອງສ່ວນຄື: ໄດອີເລັກຕຣິກ/G/SEBS ແລະ CNTs/G/SiO2/Si ທີ່ມີຮູບແບບ, ໄດ້ຖືກເຄືອບເຂົ້າກັນ, ແລະແຊ່ນ້ຳໃນ BOE ເພື່ອເອົາຊັ້ນ SiO2/Si ທີ່ແຂງອອກ. ດັ່ງນັ້ນ, ທຣານຊິດເຕີທີ່ໂປ່ງໃສ ແລະ ຍືດໄດ້ຢ່າງເຕັມທີ່ຈຶ່ງໄດ້ຖືກຜະລິດ. ການທົດສອບທາງໄຟຟ້າພາຍໃຕ້ຄວາມເຄັ່ງຕຶງໄດ້ຖືກປະຕິບັດໃນການຕັ້ງຄ່າການຍືດດ້ວຍມືເປັນວິທີການທີ່ໄດ້ກ່າວມາຂ້າງເທິງ.
ເອກະສານເສີມສຳລັບບົດຄວາມນີ້ແມ່ນມີຢູ່ໃນ http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1
ຮູບ S1. ຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດຂອງ MGG ຊັ້ນດຽວເທິງຊັ້ນຮອງ SiO2/Si ທີ່ກຳລັງຂະຫຍາຍແຕກຕ່າງກັນ.
ຮູບ S4. ການປຽບທຽບຄວາມຕ້ານທານຂອງແຜ່ນສອງໂພຣບ ແລະ ການສົ່ງຜ່ານແສງ @550 nm ຂອງກຣາຟີນທຳມະດາຊັ້ນດຽວ, ສອງຊັ້ນ ແລະ ສາມຊັ້ນ (ສີ່ຫຼ່ຽມສີດຳ), MGG (ວົງມົນສີແດງ), ແລະ CNTs (ສາມຫຼ່ຽມສີຟ້າ).
ຮູບ S7. ການປ່ຽນແປງຄວາມຕ້ານທານປົກກະຕິຂອງ MGG ຊັ້ນດຽວ ແລະ ຊັ້ນສອງ (ສີດຳ) ແລະ G (ສີແດງ) ພາຍໃຕ້ການໂຫຼດຄວາມເຄັ່ງຕຶງຮອບວົງປະມານ 1000 ສູງເຖິງຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂະໜານ 40 ແລະ 90% ຕາມລຳດັບ.
ຮູບ S10. ຮູບພາບ SEM ຂອງ MGG ສາມຊັ້ນເທິງອີລາສໂຕເມີ SEBS ຫຼັງຈາກການເຄັ່ງຕຶງ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບຕັດຍາວຂ້າມກັບຮອຍແຕກຫຼາຍໆບ່ອນ.
ຮູບ S12. ຮູບພາບ AFM ຂອງ MGG ສາມຊັ້ນເທິງອີລາສໂຕເມີ SEBS ບາງໆທີ່ຄວາມເຄັ່ງຕຶງ 20%, ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີມ້ວນມ້ວນຕັດຜ່ານຮອຍແຕກ.
ຕາຕະລາງ S1. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງທຣານຊິສເຕີທໍ່ນາໂນຄາບອນ MGG ຊັ້ນດຽວທີ່ມີຄວາມຍາວຂອງຊ່ອງທາງທີ່ແຕກຕ່າງກັນກ່ອນ ແລະ ຫຼັງຄວາມເຄັ່ງຕຶງ.
ນີ້ແມ່ນບົດຄວາມທີ່ສາມາດເຂົ້າເຖິງໄດ້ໂດຍບໍ່ເສຍຄ່າ ເຊິ່ງແຈກຢາຍພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຂອງໃບອະນຸຍາດ Creative Commons Attribution-NonCommercial, ເຊິ່ງອະນຸຍາດໃຫ້ນຳໃຊ້, ແຈກຢາຍ ແລະ ຜະລິດຄືນໃໝ່ໃນສື່ໃດກໍ່ຕາມ, ຕາບໃດທີ່ການນຳໃຊ້ທີ່ເກີດຂຶ້ນນັ້ນບໍ່ແມ່ນເພື່ອຜົນປະໂຫຍດທາງການຄ້າ ແລະ ມີເງື່ອນໄຂວ່າຜົນງານຕົ້ນສະບັບໄດ້ຖືກອ້າງອີງຢ່າງຖືກຕ້ອງ.
ໝາຍເຫດ: ພວກເຮົາຂໍທີ່ຢູ່ອີເມວຂອງທ່ານເພື່ອໃຫ້ບຸກຄົນທີ່ທ່ານແນະນຳໜ້າເວັບນີ້ໃຫ້ຮູ້ວ່າທ່ານຕ້ອງການໃຫ້ເຂົາເຈົ້າເຫັນມັນ ແລະ ມັນບໍ່ແມ່ນອີເມວຂີ້ເຫຍື້ອ. ພວກເຮົາບໍ່ໄດ້ບັນທຶກທີ່ຢູ່ອີເມວໃດໆ.
ຄຳຖາມນີ້ແມ່ນເພື່ອທົດສອບວ່າທ່ານເປັນຜູ້ມາຢ້ຽມຢາມທີ່ເປັນມະນຸດຫຼືບໍ່ ແລະ ເພື່ອປ້ອງກັນການສົ່ງສະແປມໂດຍອັດຕະໂນມັດ.
ໂດຍ Nan Liu, Alex Chortos, Ting Lei, Lihua Jin, Taeho Roy Kim, Won-Gyu Bae, Chenxin Zhu, Sihong Wang, Raphael Pfattner, Xiyuan Chen, Robert Sinclair, Zhenan Bao
ໂດຍ Nan Liu, Alex Chortos, Ting Lei, Lihua Jin, Taeho Roy Kim, Won-Gyu Bae, Chenxin Zhu, Sihong Wang, Raphael Pfattner, Xiyuan Chen, Robert Sinclair, Zhenan Bao
© 2021 ສະມາຄົມອາເມລິກາເພື່ອຄວາມກ້າວໜ້າຂອງວິທະຍາສາດ. ສະຫງວນລິຂະສິດທັງໝົດ. AAAS ເປັນຄູ່ຮ່ວມງານຂອງ HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef ແລະ COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548.