Honning:en omkostningseffektiv, ikke-giftig erstatning for grafenmanipulation

Dr. Richard Ordonez, en nanomaterialeforsker ved Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific), havde ondt i maven sidste år. Så begynder historien om den tilfældige opdagelse af, at honning – ja, biproduktet - er et effektivt, ikke-toksisk erstatning for manipulation af strøm- og spændingsegenskaberne for grafen.

Ordonez' laboratoriekammerat og ven Cody Hayashi gav ham noget købt honning i julegave og anti-inflammatorisk for hans mave. og Ordonez holdt den i nærheden af ​​sin arbejdsstation til daglig brug. En dag i laboratoriet, duoen undersøgte forskellige dielektriske materialer, de kunne bruge til at fremstille en grafentransistor. Først, holdet forsøgte at bruge vand som et top-gate dielektrikum til at manipulere grafens elektriske ledningsevne. Denne tilgang var mislykket, så de fortsatte med forskellige sammensætninger af sukker og deioniseret vand, en anden elektrolyt, hvilket stadig resulterede i ubetydelig præstation. Det var da honningen fangede Ordonez' øje, og et tilfældigt videnskabeligt gennembrud blev realiseret.

Fundet er beskrevet i en artikel i Nature Videnskabelige rapporter , hvor holdet beskriver, hvordan honning producerer et elektrisk dobbeltlag på nanometerstørrelse ved grænsefladen med grafen, der kan bruges til at lukke den ambipolære transport af grafen.

"Som en top-gate dielektrikum, vand er alt for ledende, så vi gik over til sukker og deioniseret vand for at kontrollere ionsammensætningen i håb om at kunne reducere ledningsevnen, " forklarede Ordonez. "Men, sukkervand virkede heller ikke for os, fordi som et gate-dielektrikum, der var stadig for meget lækstrøm. Af frustration, bogstaveligt talt centimeter fra mig var honningen Cody havde købt, så vi besluttede at drop-caste honningen på grafen for at fungere som top-gate dielektrikum – jeg tænkte, at honningen måske ville efterligne dielektriske geler, jeg læste om i litteraturen. Til vores overraskelse - alle sagde, at det ikke ville virke - vi prøvede, og det gjorde det."

Ordonez, Hayashi, og et team af forskere fra SSC Pacific, i samarbejde med University of Hawai′i i Manoa, har udviklet nye grafenenheder som en del af en Navy Innovative Science and Engineering (NISE)-finansieret indsats for at gennemsyre flåden med billige, letvægts, fleksible grafen-baserede enheder, der kan bruges som næste generations sensorer og bærbare enheder.

"Traditionelt elektrolytiske gate transistorer er lavet med ioniske gelmaterialer, " sagde Hayashi. "Men du skal være dygtig med processerne for at syntetisere dem, og det kan tage flere måneder at finde ud af den korrekte opskrift, der kræves for at disse geler kan fungere i miljøet. Nogle af væskerne er giftige, så eksperimenter skal udføres i et atmosfærisk kontrolleret miljø. Honning er helt anderledes - den fungerer på samme måde som disse meget mere sofistikerede materialer, men er sikker, billig, og nemmere at bruge. Honningen var et mellemtrin i retning af at bruge ioniske geler, og muligvis en erstatning for visse applikationer."

Ordonez og Hayashi forestiller sig, at den honningbaserede version af grafenprodukter bliver brugt til hurtig prototyping af enheder, da enhederne hurtigt og nemt kan omdesignes baseret på resultater. I stedet for at skulle bruge måneder på at udvikle materialerne, før de overhovedet begynder at inkorporere det i enheder, Brug af honning giver holdet mulighed for at få de første test i gang uden at vente på dyrt fremstillingsudstyr.

Ordonez ser også en brug for sådanne produkter i videnskaben, teknologi, teknik og matematik (STEM) opsøgende indsats, da honningen er ugiftig og kunne bruges til at lære eleverne om grafen.

Denne seneste innovation og publikation var en opfølgning af gruppens opdagelse sidste år, at flydende metaller kan bruges i stedet for stive elektroder som guld og sølv til elektrisk kontakt med grafen. Det her, kombineret med forskning i grafen og multispektral detektion, gav dem Federal Laboratory Consortium Far West Regional Award i kategorien Fremragende teknologisk udvikling.

SSC Pacific er flådens forsknings- og udviklingslaboratorium, der er ansvarlig for at sikre informationskrigsførelse overlegenhed for krigskæmpere, herunder områderne cyber, kommando og kontrol, intelligens, overvågning og rekognoscering, og rumsystemer.