Je hebt geen grote laser nodig om laser-geïnduceerd grafeen (LIG) te maken. Wetenschappers aan de Rice University, de Universiteit van Tennessee, Knoxville (UT Knoxville) en Oak Ridge National Laboratory (ORNL) gebruiken een zeer kleine zichtbare straal om de schuimige vorm van koolstof in microscopische patronen te verbranden.

De laboratoria van Rice scheikundige James Tour, die in 2014 de originele methode ontdekte om een ​​gewoon polymeer om te zetten in grafeen, en materiaalwetenschapper Philip Rack uit Tennessee/ORNL onthulde dat ze nu de vorm van geleidend materiaal kunnen bekijken terwijl het kleine sporen van LIG maakt in een scanning elektronenmicroscoop (SEM).

Het veranderde proces, gedetailleerd in de American Chemical Society's ACS toegepaste materialen en interfaces , creëert LIG met functies die meer dan 60% kleiner zijn dan de macroversie en bijna 10 keer kleiner dan gewoonlijk wordt bereikt met de voormalige infraroodlaser.

Lasers met een lager vermogen maken het proces ook goedkoper, zei toer. Dat zou kunnen leiden tot een bredere commerciële productie van flexibele elektronica en sensoren.

"Een sleutel voor elektronicatoepassingen is om kleinere structuren te maken zodat men een hogere dichtheid zou kunnen hebben, of meer apparaten per oppervlakte-eenheid, " zei Tour. "Deze methode stelt ons in staat om structuren te maken die 10 keer dichter zijn dan we vroeger maakten."

Om het concept te bewijzen, het lab maakte flexibele vochtigheidssensoren die onzichtbaar zijn voor het blote oog en direct gefabriceerd op polyimide, een commercieel polymeer. De apparaten waren in staat om de menselijke adem waar te nemen met een responstijd van 250 milliseconden.

"Dit is veel sneller dan de bemonsteringsfrequentie voor de meeste commerciële vochtigheidssensoren en maakt het mogelijk om snelle lokale vochtigheidsveranderingen te monitoren die kunnen worden veroorzaakt door ademhaling, " zei de hoofdauteur van de krant, Rice postdoctoraal onderzoeker Michael Stanford.

De kleinere lasers pompen licht met een golflengte van 405 nanometer, in het blauwviolette deel van het spectrum. Deze zijn minder krachtig dan de industriële lasers die de Tour Group en anderen over de hele wereld gebruiken om grafeen in plastic te verbranden, papier, hout en zelfs voedsel.

De SEM-gemonteerde laser verbrandt alleen de bovenste vijf micron van het polymeer, schrijven van grafeen heeft zo klein als 12 micron. (Een mensenhaar, ter vergelijking, is 30 tot 100 micron breed.)

Door rechtstreeks met ORNL te werken, kon Stanford profiteren van de geavanceerde apparatuur van het nationale laboratorium. "Dat maakte deze gezamenlijke inspanning mogelijk, ' zei Tour.

"Ik heb veel van mijn promotieonderzoek gedaan bij ORNL, dus ik was op de hoogte van de uitstekende faciliteiten en wetenschappers en hoe ze ons konden helpen met ons project, " zei Stanford. "De LIG-functies die we aan het maken waren, waren zo klein dat ze bijna onmogelijk te vinden zouden zijn als we de patronen zouden laseren en ze later in de microscoop zouden zoeken."

Tour, wiens groep onlangs flash-grafeen introduceerde om afval en voedselverspilling onmiddellijk om te zetten in het waardevolle materiaal, zei dat het nieuwe LIG-proces een nieuwe weg biedt naar het schrijven van elektronische circuits in flexibele substraten zoals kleding.

"Terwijl het flitsproces tonnen grafeen zal produceren, met het LIG-proces kan grafeen direct worden gesynthetiseerd voor nauwkeurige elektronische toepassingen op oppervlakken, ' zei Tour.