Forskere udvikler mere effektivt, pålidelige midler til elektrisk kontakt med grafen

Forskere fra Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific) udtænkte en ny måde at elektrisk kontakte grafen med flydende metaller i stedet for typiske stive elektroder som guld og sølv. Ved at bruge denne nye metode, holdet demonstrerede lavkontaktmodstand med et grafenmateriale, der kan sammenlignes med de bedste eksempler offentliggjort i videnskabelig litteratur, men med ekstra fordele såsom fleksibilitet og lave omkostninger.

Denne udvikling, sammen med banebrydende forskning om grafen og multi-spektral detektion, tjente holdet på fem forskere 2016 Federal Laboratory Consortium (FLC) Far West Regional Award i kategorien Fremragende teknologisk udvikling. SSC Pacific er flådens forsknings- og udviklingslaboratorium, der har til opgave at sikre informationskrigsførelse overlegenhed.

Siden opdagelsen i 2004, grafen er blevet betragtet som fremtidens materiale på grund af dets unikke og ønskværdige egenskaber - letvægts, fleksibel, og en fremragende leder af elektricitet. Grafens enkeltlag af kulstofatomer er en million gange tyndere end papir, og dog det stærkeste kendte materiale for sin størrelse.

Grafen fremstilles ved en proces kaldet kemisk dampaflejring (CVD). Typisk, grafen dyrkes på kobbermateriale under CVD-processen, og derefter overføres grafen-kobberprøven til et ønsket substrat, hvor kobberet ætses væk. Denne ætseproces kræver skrappe kemikalier, og fører ofte til forurening af grafen, gør den ubrugelig. SSC Pacifics nye procedure anvender en renere elektrolyseoverførselsmetode, der forsigtigt adskiller grafen fra kobber gennem elektrisk inducerede bobler i et vandbad.

SSC Pacific teammedlemmer, i samarbejde med University of Hawaii's College of Engineering, tag denne uberørte grafen og brug galinstan (et ikke-giftigt flydende metal) til at fremstille rent, pålidelige elektriske kontakter. På grund af flydende metals evne til at tilpasse sig overflader, det danner bedre elektrisk kontakt med faste materialer, der kun fører til nominelle grader af overfladeruhed. Brugen af ​​flydende metal giver SSC Pacific-forskere mulighed for hurtigt at fremstille prototype-enheder, som giver dem mulighed for at fokusere på de nye fænomener.

Flydende metalelektroder gør ikke kun grafenbaseret sensorproduktion mere effektiv, elektrodernes fleksible egenskaber udvider også materialets potentielle anvendelsesmuligheder betydeligt.

"Dette er specielt, fordi det giver os mulighed for at udforske applikationer til fleksible enheder, " sagde Richard Ordonez, et SSC Pacific-teammedlem. "For krigskæmperen, det betyder en fleksibel, gennemsigtigt og optisk materiale."

FLC-prisen anerkendte også gruppens banebrydende forskning i grafen og multispektral detektion; forskerne har bevist - for første gang - at grafen kan kombineres med integrerede kredsløb for at detektere elektromagnetiske signaler, hvilket betyder, at der er potentiale for grafenbaserede produkter, der er i stand til at skifte mellem synlige, infrarød, og radiofrekvenstilstande.

Tage, for eksempel, nattesynsbrillerne arbejder grafenteamet på at udvikle. I stedet for den omfangsrige version, der findes i dag, som har dårligt perifert syn og begrænset infrarød kapacitet, fremtidens briller ville være lavet af grafen. De ville være lette, tilpasse sig brugerens ansigt for et fuldt udsyn, og kunne indstilles til at arbejde i en række forskellige spektrum.

Andre flådeanvendelser af teknologien kunne omfatte næste generations sensorer, rekonfigurerbare antenner, og letvægts tøj og udstyr, herunder camouflagemateriale til aktivt at annullere indgående signaler. Der er også mange muligheder for kommerciel brug af materialet, især på markedet for wearables.

Holdmedlemmer hædret med prisen inkluderer Nick Kamin, Dr. James Adleman, Cody Hayashi, Richard Ordonez, og Dr. Carlos Torres.

Mere detaljerede beskrivelser af de videnskabelige fremskridt bag prisen kan findes i en artikel udgivet i IEEE-transaktioner på elektronenheder .

Yderligere SSC Pacific grafen forskning om dual-mode drift af 2D materiale-baserede varme elektron transistorer blev for nylig offentliggjort i Naturens videnskabelige rapporter .