Forskere krymper laser-induceret grafen til fleksibel elektronik

Du behøver ikke en stor laser for at lave laser-induceret grafen (LIG). Forskere ved Rice University, University of Tennessee, Knoxville (UT Knoxville) og Oak Ridge National Laboratory (ORNL) bruger en meget lille synlig stråle til at brænde den skummende form af kulstof til mikroskopiske mønstre.

Rice-kemikeren James Tours laboratorier, som opdagede den originale metode til at omdanne en almindelig polymer til grafen i 2014, og Tennessee/ORNL-materialeforsker Philip Rack afslørede, at de nu kan se det ledende materiale dannes, da det laver små spor af LIG i et scanningselektronmikroskop (SEM).

Den ændrede proces, detaljeret i American Chemical Society's ACS anvendte materialer og grænseflader , skaber LIG med funktioner, der er mere end 60 % mindre end makroversionen og næsten 10 gange mindre end typisk opnået med den tidligere infrarøde laser.

Lasere med lavere effekt gør også processen billigere, sagde Tour. Det kan føre til en bredere kommerciel produktion af fleksibel elektronik og sensorer.

"En nøgle til elektronikapplikationer er at lave mindre strukturer, så man kunne have en højere tæthed, eller flere enheder pr. arealenhed, Tour sagde. "Denne metode giver os mulighed for at lave strukturer, der er 10 gange tættere, end vi tidligere lavede."

For at bevise konceptet, laboratoriet lavede fleksible fugtsensorer, der er usynlige for det blotte øje og direkte fremstillet på polyimid, en kommerciel polymer. Enhederne var i stand til at fornemme menneskets åndedræt med en responstid på 250 millisekunder.

"Dette er meget hurtigere end prøvetagningshastigheden for de fleste kommercielle fugtsensorer og muliggør overvågning af hurtige lokale fugtændringer, der kan være forårsaget af vejrtrækning, " sagde avisens hovedforfatter, Rice postdoc-forsker Michael Stanford.

De mindre lasere pumper lys ved en bølgelængde på 405 nanometer, i den blåviolette del af spektret. Disse er mindre kraftfulde end de industrielle lasere, som Tour Group og andre rundt om i verden bruger til at brænde grafen til plastik, papir, træ og endda mad.

Den SEM-monterede laser brænder kun de øverste fem mikron af polymeren, skrive grafen funktioner så små som 12 mikron. (Et menneskehår, til sammenligning, er 30 til 100 mikron bred.)

Ved at arbejde direkte med ORNL lod Stanford udnytte det nationale laboratoriums avancerede udstyr. "Det var det, der gjorde denne fælles indsats mulig, " sagde Tour.

"Jeg lavede meget af min ph.d.-forskning på ORNL, så jeg var klar over de fremragende faciliteter og videnskabsmænd, og hvordan de kunne hjælpe os med vores projekt, " sagde Stanford. "De LIG-funktioner, vi lavede, var så små, at de ville have været næsten umulige at finde, hvis vi skulle lasere mønstrene og derefter søge efter dem i mikroskopet senere."

Tur, hvis gruppe for nylig introducerede flash-grafen for øjeblikkeligt at forvandle affald og madaffald til det værdifulde materiale, sagde den nye LIG-proces tilbyder en ny vej mod at skrive elektroniske kredsløb ind i fleksible substrater som tøj.

"Mens flashprocessen vil producere tonsvis af grafen, LIG-processen vil gøre det muligt at syntetisere grafen direkte til præcise elektronikapplikationer på overflader, " sagde Tour.