Ny forskning kan revolutionere fleksibel elektronik, solceller

Binghamton University forskere har demonstreret en miljøvenlig proces, der muliggør hidtil uset rumlig kontrol over de elektriske egenskaber af grafenoxid. Dette todimensionelle nanomateriale har potentialet til at revolutionere fleksibel elektronik, solceller og biomedicinske instrumenter.

Ved at bruge sonden i et atomkraftmikroskop til at udløse en lokal kemisk reaktion, Jeffrey Mativetsky, assisterende professor i fysik ved Binghamton University, og ph.d.-studerende Austin Faucett viste, at elektrisk ledende funktioner så små som fire nanometer kan mønstres i individuelle grafenoxidplader. En nanometer er omkring hundrede tusinde gange mindre end bredden af ​​et menneskehår.

"Vores tilgang gør det muligt at tegne elektrisk ledende træk i nanoskala i atomisk tynde isolerende plader med den hidtil højeste rumlige kontrol rapporteret, " sagde Mativetsky. "I modsætning til standardmetoder til at manipulere egenskaberne af grafenoxid, vores proces kan implementeres under omgivende forhold og er miljøvenlig, gør det til et lovende skridt hen imod den praktiske integration af grafenoxid i fremtidige teknologier."

Nobelprisen i fysik i 2010 blev tildelt for opdagelsen af ​​grafen, en atomisk tynd, todimensionelt kulstofgitter med ekstraordinær elektrisk, termiske og mekaniske egenskaber. Grafenoxid er et nært beslægtet todimensionelt materiale med visse fordele i forhold til grafen, herunder simpel produktion og forarbejdning, og meget justerbare egenskaber. For eksempel, ved at fjerne noget af ilten fra grafenoxid, det elektrisk isolerende materiale kan gøres ledende, åbner muligheder for brug i fleksibel elektronik, sensorer, solceller og biomedicinsk udstyr.

Undersøgelsen giver ny indsigt i de rumlige opløsningsgrænser og mekanismer for en relativt ny proces til mønstre af ledende områder i isolerende grafenoxid. Den mindste ledende egenskabsstørrelse på fire nanometer er den mindste, der hidtil er opnået ved nogen metode for dette materiale. Mativetsky sagde, at denne tilgang er lovende for prototyper i laboratorieskala af ledende mønstre i nanoskala i grafenoxid. "Der er betydelig interesse i at definere regioner med forskellige funktionaliteter, og skrive kredsløb til todimensionelle materialer. Vores tilgang giver en måde at direkte mønstre elektrisk ledende og isolerende områder til grafenoxid med høj rumlig opløsning, sagde Mativetsky.

Denne forskning muliggør ikke kun grundlæggende undersøgelse af grafenoxids fysiske egenskaber på nanoskala, men åbner også op for nye veje til at inkorporere grafenoxid i fremtidige teknologier. Fordi processen udviklet af Mativetsky undgår brugen af ​​skadelige kemikalier, høje temperaturer eller inaktive gasatmosfærer, hans arbejde repræsenterer et lovende skridt mod miljøvenlig fremstilling med grafenoxid. "Først dette vil hovedsageligt være nyttigt til at studere grundlæggende egenskaber og enheder i laboratorieskala, sagde Mativetsky. Til sidst, dette arbejde kan hjælpe med at føre til den praktiske integration af grafenoxid i billig og fleksibel elektronik, solceller, og sensorer."

Studiet, "Nanoskala reduktion af grafenoxid under omgivende betingelser, " dukkede først op i onlineversionen af ​​det internationale tidsskrift Kulstof den 8. sept. og udkommer på tryk i decembernummeret. Mativetsky blev for nylig tildelt en tre-årig bevilling fra National Science Foundation for yderligere at studere hans tilgang til at skræddersy strukturen og egenskaberne af grafenoxid.