In situ bandgap tuning af grafenoxid opnået ved elektrokemisk bias

Evnen til at modulere de fysiske egenskaber ved grafenoxid inden for elektroniske komponenter kan have mange anvendelser inden for teknologi, WPI-MANA ​​forskere rapporterer

Superstærk grafenoxid (GO) ark er nyttige til ultratynde, fleksible nano-elektroniske enheder, og vise unikke egenskaber, herunder fotoluminescens og ferromagnetisme ved stuetemperatur. Tsuchiya, Terabe og Aono ved Japans World Premier International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA) udvikler nye teknikker, der giver dem mulighed for at finjustere de fysiske egenskaber ved GO, såsom ledningsevne, inden for arbejdskomponenter.

Ledningsevnen for GO er lavere end selve grafen på grund af forstyrrelser i dens bindingsstruktur. Specifikt, kulstofatomerne i GO udviser en sløring af energiniveauer kaldet sp2- eller sp3 -hybridiseringer. I almindelig GO, binding i sp2 -niveauet er forstyrret, og under alvorlig afbrydelse bliver GO en isolator frem for en leder. Meget reduceret GO (rGO), med lavere iltindhold, har en næsten perfekt sekskantet gitterstruktur med stærke bindinger og høj ledningsevne.

Ved at justere procenterne af sp2 og sp3 domæner i GO, Terabe og hans team har opnået evnen til at finjustere båndgab og derfor kontrollere ledningsevnen. Nuværende metoder til at kontrollere bandgaps i GO er kemisk baserede, dyrt, og kan ikke bruges i elektroniske komponenter selv.

Nu, teamet har opnået ikke-flygtig tuning af båndgange i flerlags GO inden for en hel-solid-state elektrisk dobbeltlagstransistor (EDLT). EDLT'en omfattede GO på et silicaglasubstrat lukket af en zirkoniumoxidprotonleder. Teamet udløste en reversibel elektrokemisk reduktion og oxidation (redox) reaktion ved GO/zirconia -grænsefladen ved at anvende en jævnstrømsspænding. Dette forårsagede igen protonmigration fra GO gennem zirconia (se billede). Redoxreaktionen skabte rGO, og forårsagede en femdobling af strømmen i transistoren.

RGO bibeholdt ledningsevne i mere end en måned uden yderligere spændingsanvendelse. Sammenlignet med felteffekttransistorer, den nye EDLT bruger langt mindre spænding til at skifte mellem tænd- og slukfaser, hvilket betyder, at det er langt billigere at bruge. Denne nye metode til finjustering af konduktivitet kan føre til kontrol over komponenters optiske og magnetiske egenskaber, med vidtgående applikationer.