 Исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн разработали новый подход для формирования 3D-фигур из плоских листов 2D графена, прокладывая путь для будущих интегрированных систем из графеновых гибридных устройств и гибкой электроники.
«Исследование является первым, которое демонстрирует интеграцию графена в разнообразной микроструктурированной геометрии, в том числе пирамиды, столбы, куполы, и 3D интеграцию гибридных структур из наночастиц золота (AuNPs)/графена», объяснил Сунгвоо Нам, доцент механической науки и техники в Иллинойсе. «Гибкость и 3D характер наших структур позволит создать биодатчики, которые могут быть соотнесены с формой и характеристикой кожи человека и других биологических систем. 3D-выступающие микроструктуры могут также достичь повышенной чувствительности за счет максимального эффективного контакта между датчиками и неплоскими поверхностями.
«Мы также ожидаем, что наш новый 3D подход будет способствовать интеграции передовых классов гибридных устройств между микроэлектромеханических системами (MEMS) и двумерными материалами для зондирования и приведения в действие».
Графен, двумерная сотовая решетка из атомов углерода, широко изучался благодаря с его высокой подвижности носителей, химической инертности и биосовместимости. До этого, различные сообщаемые методы о способах передачи графена в основном сводились к плоским или криволинейным поверхностям из-за проблем, связанных с переломами из местного напряжения во время переноса на трехмерные микроструктурированные поверхности.
«Наш метод обеспечивает несколько ключевых преимуществ по сравнению с другими методами изготовления трехмерного графена», заявил Джонхен Чой, аспирант научно-исследовательской группы. «Наши результаты показывают, простой, универсальный и масштабируемый способ интеграции графена с трехмерной геометрией с различными морфологиями и размерами. Эти 3D-функций не только больше, чем сообщалось в предыдущих работах, но также демонстрируют однородность и цельную природу интегрированный графен вокруг трехмерных функций».
Надежный подход исследователей к интеграции графена на поверхность трехмерных микроструктурированные поверхностей материалов сохраняет структурную целостность графена. Процесс включает в себя последовательные стадии: набухание субстрата с использованием растворителя, который затем сжимается в процессе испарения, что позволяет графену адаптироваться или соответствовать форме подготовленной поверхности, чтобы достичь целостной, большей площади интеграции графена на трехмерные микроструктуры.
«Наши процессы оптимизированы для минимизации степени подвески графена вокруг 3D микроструктур и способствуют успешной 3D интеграции», добавил Нам. «Мы контролируем количество набухающего субстрата путем регулировки времени погружения в органический растворителе и смешивая соотношение мономера и отвердителя в подложке полидиметилсилоксана (ПДМС)».
Подробная сканирующая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, и электрические измерения сопротивления показывают, что количество набухающего субстрата, а также изгиб жесткости переводной пленки, влияет на выход и качество интеграции графена. Чтобы продемонстрировать универсальность своего подхода, исследователи применили процесс в различной 3D микроструктурированной геометрии, а также интегрировали гибридные структуры графена, украшенные золотыми наночастицами на 3D подложки микроструктуры, продемонстрировав совместимость метода интеграции с другими гибридными наноматериалами.
|
