Написано AZoNano 13 февраля 2020 ]

Большой лазер не требуется для производства лазерного графена (LIG). Исследовательская группа из Университета Теннесси, Ноксвилл (UT Knoxville), Университета Райса и Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) использует чрезвычайно крошечный видимый луч, чтобы сжечь пенистую версию углерода в мельчайшие структуры .

Лаборатории химика Райса Джеймса, которые в 2014 году определили оригинальную методику превращения стандартного полимера в графен, и Филиппа Рэка, ученого из штата Теннесси / ORNL, продемонстрировали, что образование проводящего материала теперь можно наблюдать так же, как это происходит крошечные следы LIG в сканирующем электронном микроскопе (SEM).

Модифицированный процесс был описан в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials & Interfaces . Он производит LIG с характеристиками, которые более чем на 60% меньше по сравнению с макро-версией и почти в 10 раз меньше, чем обычно, получаемые с помощью предыдущего инфракрасного лазера.

По словам Тура, этот процесс также делается менее дорогостоящим благодаря лазерам с низким энергопотреблением. Это может привести к более широкому производству гибких датчиков и электроники на коммерческом уровне.

Ключом к применению электроники является создание меньших конструкций, чтобы можно было иметь более высокую плотность или большее количество устройств на единицу площади. Этот метод позволяет нам создавать структуры, которые в 10 раз плотнее, чем мы делали ранее .

Джеймс Тур, химик, Университет Райса

Чтобы продемонстрировать эту концепцию, лаборатория создала гибкие датчики влажности, которые не видны невооруженным глазом и производятся непосредственно на имеющемся в продаже полимере – полиимиде. Эти датчики были способны воспринимать дыхание людей с временем отклика всего 250 миллисекунд.

Это намного быстрее, чем частота выборки для большинства коммерческих датчиков влажности и позволяет отслеживать быстрые локальные изменения влажности, которые могут быть вызваны дыханием .

Майкл Стэнфорд, ведущий автор исследований и доктор наук, Университет Райса

В сине-фиолетовой части спектра более тонкие лазеры накачивают свет на длине волны 405 нм. Эти лазеры менее надежны, чем промышленные лазеры, которые используются Tour Group и другими компаниями по всему миру для сжигания графена в древесине, бумаге, пластике и даже пищевых продуктах.

Лазер, установленный с помощью СЭМ, сжигает только верхние 5 мкм полимера, а графеновые характеристики записываются до 12 мкм. (Для сравнения, человеческий волос имеет ширину от 30 до 100 мкм)

Работа непосредственно с ORNL позволила Стэнфорду использовать сложное оборудование национальной лаборатории. « Вот что сделало возможным это совместное усилие », – добавил Тур.

« Я много защитил докторскую диссертацию. исследования в ORNL, поэтому я знал об отличных учреждениях и ученых и о том, как они могут помочь нам в нашем проекте », – добавил Стэнфорд. « Элементы LIG, которые мы создавали, были настолько малы, что их было бы почти невозможно найти, если бы нам пришлось лазировать образцы, а затем искать их в микроскопе ».

По словам Тура, чья команда недавно выпустила флэш-графен для немедленного превращения пищевых отходов и мусора в полезный материал, новый процесс LIG предоставляет совершенно новую возможность для записи электронных схем в гибкие подложки, например одежду.

Хотя процесс вспышки будет производить тонны графена, процесс LIG позволит непосредственно синтезировать графен для точного применения электроники на поверхностях .

Джеймс Тур, химик, Университет Райса

Соавторами исследования являются постдокторский исследователь Чэн Чжан и аспирант Анна Хоффман из UT Knoxville, исследователь и разработчик Илья Иванов из ORNL и штатный ученый Джейсон Дэвидсон Фаулкс из UT Knoxville и ORNL.

Тур – это Т.Т. и В.Ф. Чао Кафедра химии, а также профессор компьютерных наук, материаловедения и наноинженерии в Университете Райса.

Рэк – профессор и председатель Леонард Дж. Пенланд, а также заместитель заведующего отделом материаловедения и инженерии в UT Knoxville. Он также является сотрудником Центра по изучению нанофазных материалов в Ок-Ридже.

Работа выполнена при поддержке Министерства энергетики США и Управления научных исследований ВВС.

Видеоролик, созданный группой «Тур» в Университете Райса и Национальной лаборатории Ок-Риджа. Автор видео: Университет Райса.

Источник: https://www.rice.edu/