Esta es la Ciencia: Noticias de los campos de grafeno



El descubrimiento del grafeno - un semiconductor unidimensional - y una descripción de sus propiedades en 2004 trajo sus creadores Geim y Novoselov el premio Nobel en el año 2010, pero tiene décadas después del descubrimiento de sus seguidores intensamente implementadas en la vida y ofrecer una variedad de aplicaciones como material único de lubricación a transistores de vacío . < br />
A principios de este año se publicó artículo "El grafeno - vida o muerte» , En el que hemos analizado en perspectiva y en parte consecuencias? la aplicación generalizada de grafeno como base de la microelectrónica futuras. Bueno, vamos a ver lo que hoy podemos ofrecer a los científicos un marco para la introducción de reemplazo grafeno a los materiales tradicionales.

Resumen de grafeno h4> grafeno - materiales tridimensionales constituidas por sp 2 sup > átomos de carbono -gibridizovannyh que tiene un número de interesantes desde el punto de vista de las propiedades de física.

El más importante y única de ellos - las características eléctricas. El grafeno es por un lado, no tiene virtualmente cero запрещённую área y muy ligero, los electrones y agujeros, que hace que sea un conductor perfecto, capaz de conducir señales más rápido que cualquier otro material en el planeta. Sin embargo sp 2 sup> hibridación de átomos de carbono también permite una modificación para dar, por ejemplo, un aislante o un semiconductor. Además, el cambio entre el conductor y los estados semiconductores depende de la anchura del grafeno cintas .




Por otro lado, es, es decir, curvas flexibles, demostrando así la fuerza única e inalcanzable a la tracción - a alrededor de 1.000 GPa, que es aproximadamente 100 veces mayor que la del acero. A derrumbó en un tubo de grafeno - un nanotubo de carbono, que también puede ser utilizado en dispositivos electrónicos; su diámetro puede variar de 1,5 nm a varios cientos de nm.

Y, por último, que, el grafeno es transparente, es simplemente perfecto como un reemplazo para el camino - debido principalmente a la India - ITO acronym> en las pantallas modernas y en parte LEDs. Sin embargo, los sistemas de dos dimensiones en sí no son estables. Por lo tanto, el problema de crear un recubrimiento de grafeno perfectamente liso en cualquier superficie - problemas científicos y de ingeniería pesada.

Tal vez con la última propiedad y comenzar.

basado grafeno-LED o LED h4>
remarochka. I> Si nos fijamos en el propio LED (en una bombilla de luz, por ejemplo), entonces es potencialmente no requiere un sustrato de ITO electrodo en kakchestvo, esta relativamente afrontar con éxito los contactos de metal finas (esto, una vez escribí < a href = "http://habrahabr.ru/post/131216/"> en un artículo aparte). Si, sin embargo, crear una visualización en una matriz de LEDs, en este caso es muy deseable y útil la sustitución ITO, incluyendo para la mejora de las características de visualización.

Por lo tanto, uno de los métodos industriales de recubrimiento de grafeno sobre diversos sustratos es la PECVD (o плазменно-химическое deposición de vapor). Esta tecnología es en el "inyección" del metano del gas portador con calentamiento subsiguiente bajo la influencia de la energía de RF y la deposición de carbono sobre un substrato frío.

Aquí un grupo de científicos de la Universidad Nacional de Seúl y está armado con este método de recubrimiento de grafeno, lo que sugiere una manera directa para crear un brillante diodos azules sin pasar por la etapa de transferencia de grafeno a partir del sustrato al sustrato. Tales LEDs ITO caro sustituido por un sustrato más barato de grafeno, y se utiliza como una capa emisora ​​de luz de nitruro de galio que es un cierto estándar en la industria.

De izquierda a derecha: Instalación PECVD circuito; un diseño del diodo y los materiales básicos; característica de corriente-tensión del diodo i>

Por supuesto, mediante la variación de la duración del proceso, PECVD, puede recibir un recubrimiento de grosor variable y grafeno, respectivamente, con diferente transmisión de la luz. Sin embargo, el número mínimo de capas, como se muestra a continuación, proporciona una transmisión prácticamente el 100% de la luz emitida por el LED, y, como consecuencia, una mayor salida de corriente externa.

LEDs torta de capa en la sección: desde el sustrato de zafiro a 5-6 capas de grafeno sobre la superficie de la LED i>

Los autores también evaluaron la reproducibilidad y la comparación con la transferencia de tecnología convencional a partir de un sustrato de grafeno normalmente utilizado para el crecimiento, por el otro, que ya estará en el dispositivo final:

ac) probar la reproducibilidad de los resultados dentro de un ciclo. de) Comparación de LEDs basándose en el gráfico obtenido por deposición directa (DG) y la transferencia, la transferencia de grafeno desde el sustrato al sustrato (TG) i>

Los resultados hablan por sí mismos: las relativamente pequeñas variaciones en los LED de potencia de salida obtenidos confianza por delante de la tecnología de la normalidad, "estándar" para la máxima potencia con una corriente determinada (en comparación con la figura e)
.
Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn405477f) i>

El grafeno RF-FET para la comunicación con la electrónica portátiles h4> El principal problema es verdaderamente portátiles, la electrónica, que se incrustan en la ropa y de ninguna manera atrae la atención - la combinación de flexibilidad con ciertas características. La búsqueda de soluciones a este problema, y ​​han dedicado sus colectivos de trabajo de los científicos siguientes dos artículos.

El primero de estos autores taiwaneses propuso una forma interesante de crear un transistor de efecto de campo sobre un sustrato flexible, lo que podría servir de base para la comunicación entre los distintos elementos de la electrónica portátiles.

Así que tenemos: el grafeno se transfirieron a un PET sustrato, un poco de aluminio para hacer un obturador y un mínimo de oxígeno que da vida. Con infligir litografía tira del obturador de aluminio en el gráfico, y luego dejar la unidad en una cámara con un par de ambiente adicional de pura O 2 sub>. Ni siquiera tuvimos que tomar la química y la difusión va a hacer todo el trabajo por nosotros, formando una capa de barrera dieléctrica entre el aluminio y el grafeno. Después sólo queda "zapylit", es decir, ponerse contactos.

la fabricación de circuitos Bastante simple e interesante en barrera dieléctrica grafeno capa transistor i>

Y voilá, la asamblea es transistores listos. Así es como se ve a través del ojo del microscopio electrónico:

FET sustrato imagen óptico (a) y las imágenes de los transistores obtenidas por microscopía electrónica de barrido i>

A fin de no lectores de calibre más bien aburridos detalles técnicos del transistor de efecto de campo de muestra de ensayo basado en el grafeno, déjame ir directamente al desarrollo de aplicaciones potenciales. Los autores recogieron la mesa de mezclas en base a la FET frecuencia obtenida y lo probaron, incluso por deformación mecánica.

Lea más sobre el principio de la frecuencia del mezclador se puede leer тут. Para una breve explicación de la imagen: LO - frecuencia modulada conocido, en relación con los cuales se lleva a cabo la transformación, RF - la frecuencia de los cuales se convierte / modulada, SI - se utilizan para la presentación y recepción de señales de frecuencias bajas y altas
.
a) Diagrama esquemático de la FET basado en la frecuencia mezclador electrónico. b) el espectro de frecuencia. cd) características de RF i>

Lo que nos da?! Y nos da un buen elemento de tecnología de radiofrecuencia pequeño transductor, que se puede utilizar, por ejemplo, NFC -kommunikatsii entre, por ejemplo, dispositivos individuales dentro de la ropa inteligente.

Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn5036087) i>

Y ya que estamos en el tema de la electrónica portátiles, echemos un vistazo a un ejemplo de la creación de FET en los tejidos basados ​​en el grafeno.

Curva mí por completo en grafenovski h4> Para otro grupo de científicos de Corea del Sur ha propuesto un método de crear grafeno transistores ultra-delgadas de nuevo, sustrato de polímero ultra-delgada que consiste en una resina epoxi especial.

En primer lugar, un sustrato de silicio ordinario recubierto con una capa de dióxido de silicio depositado fina capa de polímero (SU-8) en el que ya son transistores de grafeno "Imprimir", y luego una capa de SiO 2 sub> simplemente disuelto, separando de este modo película más delgada del sustrato. Cuando esta película se puede transferir a prácticamente cualquier superficie, incluyendo la piel o tejido. El espesor total de la película - menos de 100 nm

El proceso de creación de una película delgada con MOSFETs ultrafinas i>

Sin embargo, ¿qué problemas nos cuando dicho traslado esperan? Así es, esto no es superficial uniforme: curvas, grietas, pliegues - todo lo que pueden estar presentes en la superficie del tejido. Después de cambiar la geometría del transistor, que por lo tanto cambia sus propiedades de transporte, incluyendo la movilidad de la carga o de la distribución del campo eléctrico en la puerta, es decir, resulta que en el mismo voltaje nominal del transistor en una condición doblada comienza de repente pasa una corriente, mientras que en unstrained se bloqueará.

Afortunadamente, todos estos problemas se ha evitado como resultado se encontró que la posición del transistor (en la curva o en la superficie plana del tejido) no es importante afecta el comportamiento eléctrico del transistor.

Prueba de transistores con diferente disposición de ellos i>

De todos modos, como curvas, estiramientos, doblando la tela por la mitad:

Prueba de transistores en flexión, torsión y estiramiento i>

Y sin pensarlo dos veces, los científicos decidieron con la ayuda de la tecnología desarrollada para crear un sensor táctil que puede detectar toque a las 9 psi, lo que equivale a una presión de 0,1 atmósferas o 100 gramos de fuerza por cm 2 sup>:

El sensor táctil que puede detectar 0, 1 kgf / cm 2 sup> i>

Esta tecnología se puede utilizar en ropa inteligente, como no se requiere ningún equipo especial para la aplicación (como se suele decir, y se olvidó de pegar), incluyendo, en pieza desgastada y no hay sensores malestar latido del corazón, el nivel de oxígeno, y así sucesivamente. Pero tal vez - los científicos de Corea del diablo no están bromeando - y ayuda BioRobot sensaciones táctiles adquirir bioprótesis
.
Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn503446f) i> ¿Cuándo el primer industrial dispositivos basados ​​en el grafeno?

2 años para hacer frente al menos 3-5 años 5 años Nunca, el grafeno no superar el vestíbulo de silicio Solo usuarios registrados pueden votar en las encuestas. sesión , por favor. 109 personas han votado. 17 personas se abstuvieron. Will prometiendo LEDs basados ​​en el grafeno sin ITO (en las pantallas, por ejemplo)? Sí, si el precio está por debajo de lo tradicional con características comparables Sí, incluso si el precio está por encima de la etiqueta ​​td> No, debido a la baja fiabilidad No, porque de los pobres, el rendimiento "no es suficiente" Sólo los usuarios registrados pueden votar en las encuestas. sesión , por favor. 75 personas han votado. 37 personas se abstuvieron. ¿Cómo se trata una electrónica flexible y portátiles? Creo que esto es bueno. A la espera de la puesta en práctica y utilizará intensivamente la Creo que esto es bueno, pero no voy a usar - no quiero saber de Google y mi pulso todavía < Es poco probable que vamos a ver en el progreso previsible en esta zona Absolutamente desperdicio de recursos ¡Sólo los usuarios registrados pueden participar en la encuesta. sesión , por favor. 102 personas han votado. 19 personas se abstuvieron.

Fuente: habrahabr.ru/post/234401/

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