Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een eenstaps, gemakkelijke methode om grafeen te modelleren met behulp van stencilmasker en zuurstofplasma reactief-ionenetsen, en daaropvolgende polymeervrije directe overdracht op flexibele substraten.

grafeen, een tweedimensionale koolstofallotroop, heeft enorme wetenschappelijke en technologische belangstelling gekregen. Door uitzonderlijke mechanische eigenschappen te combineren, superieure mobiliteit van de vervoerder, hoge thermische geleidbaarheid, hydrofobiciteit, en mogelijk lage productiekosten, grafeen biedt een superieur basismateriaal voor de volgende generatie bio-elektrische, elektromechanisch, opto-elektronisch, en toepassingen voor thermisch beheer.

"Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de directe synthese van grootschalige, uniform, hoogwaardige grafeenfilms met behulp van chemische dampafzetting (CVD) met verschillende voorlopers en katalysatorsubstraten, " legde SungWoo Nam uit, een assistent-professor mechanische wetenschappen en techniek in Illinois. "Echter, daten, de infrastructuurvereisten voor post-syntheseverwerking - patronen en overdracht - voor het maken van verbindingen, transistor kanalen, of apparaatterminals hebben de implementatie van grafeen in een breder scala aan toepassingen vertraagd."

"In combinatie met de recente evolutie van additieve en subtractieve fabricagetechnieken zoals 3D-printen en computergestuurd frezen, we hebben een eenvoudige en schaalbare grafeenpatroontechniek ontwikkeld met behulp van een stencilmasker dat is gefabriceerd via een lasersnijder, " verklaarde Keong Yong, een afgestudeerde student en eerste auteur van het papier, "Snelle fabricage van stencilmaskers maakt eenstaps polymeervrije grafeenpatronen mogelijk en directe overdracht voor flexibele grafeenapparaten die verschijnen in Wetenschappelijke rapporten .

"Onze benadering van het patroontekenen van grafeen is gebaseerd op een schaduwmaskertechniek die is gebruikt voor contactmetaalafzetting, " voegde Yong eraan toe. "Deze stencilmaskers worden niet alleen gemakkelijk en snel vervaardigd voor iteratieve rapid prototyping, ze zijn ook herbruikbaar, waardoor kosteneffectieve patroonreplicatie mogelijk is. En aangezien onze aanpak geen polymere overdrachtslaag of organische oplosmiddelen omvat, we zijn in staat om direct op verschillende flexibele substraten contaminatievrije grafeenpatronen te verkrijgen."

Nam verklaarde dat deze benadering een nieuwe mogelijkheid aantoont om beperkingen te overwinnen die worden opgelegd door bestaande post-syntheseprocessen om micro-patronen van grafeen te bereiken. Yong stelt zich voor dat deze gemakkelijke benadering van grafeenpatronen transformatieve veranderingen teweegbrengt in de "doe-het-zelf" (DIY) op grafeen gebaseerde apparaatontwikkeling voor brede toepassingen, waaronder flexibele circuits/apparaten en draagbare elektronica.

"Deze methode maakt snelle ontwerpiteraties en patroonreplicaties mogelijk, en de polymeervrije patroontechniek bevordert grafeen van schonere kwaliteit dan andere fabricagetechnieken, " zei Nam. "We hebben aangetoond dat grafeen kan worden gemodelleerd in verschillende geometrische vormen en maten, en we hebben verschillende substraten onderzocht voor de directe overdracht van het patroongrafeen."