الٹرا ٹرانسپیرنٹ اور اسٹریچ ایبل گرافین الیکٹروڈ

دو جہتی مواد، جیسے گرافین، روایتی سیمی کنڈکٹر ایپلی کیشنز اور لچکدار الیکٹرانکس میں نوزائیدہ ایپلی کیشنز دونوں کے لیے پرکشش ہیں۔ تاہم، گرافین کی اعلی تناؤ کی طاقت کا نتیجہ کم تناؤ میں فریکچر ہوتا ہے، جس سے اسٹریچ ایبل الیکٹرانکس میں اس کی غیر معمولی الیکٹرانک خصوصیات سے فائدہ اٹھانا مشکل ہو جاتا ہے۔ شفاف گرافین کنڈکٹرز کی بہترین تناؤ پر منحصر کارکردگی کو قابل بنانے کے لیے، ہم نے اسٹیک شدہ گرافین تہوں کے درمیان گرافین نینو اسکرول بنائے، جنہیں ملٹی لیئر گرافین/گرافین اسکرولز (MGGs) کہا جاتا ہے۔ تناؤ کے تحت، کچھ اسکرولز نے گرافین کے بکھرے ہوئے ڈومینز کو ایک پرکولیٹنگ نیٹ ورک کو برقرار رکھنے کے لیے جوڑ دیا جس نے اعلی تناؤ پر بہترین چالکتا کو فعال کیا۔ ایلسٹومر پر سپورٹ شدہ ٹریلیئر ایم جی جیز نے اپنی اصل کنڈکٹنس کا 65٪ 100٪ سٹرین پر برقرار رکھا، جو کہ موجودہ بہاؤ کی سمت کے لیے کھڑا ہے، جب کہ نانوسکرول کے بغیر گرافین کی ٹریلیئر فلموں نے اپنے ابتدائی کنڈکٹنس کا صرف 25٪ برقرار رکھا۔ الیکٹروڈز کے طور پر MGGs کا استعمال کرتے ہوئے ایک اسٹریچ ایبل آل کاربن ٹرانزسٹر نے >90% کی ترسیل کی نمائش کی اور 120% تناؤ (چارج ٹرانسپورٹ کی سمت کے متوازی) پر اپنی اصل موجودہ پیداوار کا 60% برقرار رکھا۔ یہ انتہائی اسٹریچ ایبل اور شفاف آل کاربن ٹرانجسٹرز جدید ترین اسٹریچ ایبل آپٹو الیکٹرانکس کو فعال کرسکتے ہیں۔
اسٹریچ ایبل شفاف الیکٹرانکس ایک بڑھتا ہوا شعبہ ہے جس میں جدید بایو انٹیگریٹڈ سسٹمز (1, 2) میں اہم ایپلی کیشنز کے ساتھ ساتھ جدید ترین سافٹ روبوٹکس اور ڈسپلے تیار کرنے کے لیے اسٹریچ ایبل آپٹو الیکٹرانکس (3, 4) کے ساتھ مربوط ہونے کی صلاحیت بھی ہے۔ گرافین جوہری موٹائی، اعلی شفافیت، اور اعلی چالکتا کی انتہائی مطلوبہ خصوصیات کی نمائش کرتا ہے، لیکن اس کے اسٹریچ ایبل ایپلی کیشنز میں اس کے نفاذ کو چھوٹے تناؤ پر ٹوٹنے کے رجحان کی وجہ سے روک دیا گیا ہے۔ گرافین کی مکینیکل حدود پر قابو پانا اسٹریچ ایبل شفاف آلات میں نئی ​​فعالیت کو قابل بنا سکتا ہے۔
گرافین کی منفرد خصوصیات اسے اگلی نسل کے شفاف کنڈکٹیو الیکٹروڈ کے لیے مضبوط امیدوار بناتی ہیں (5, 6)۔ سب سے زیادہ استعمال ہونے والے شفاف موصل کے مقابلے میں، انڈیم ٹن آکسائیڈ [ITO; 90% شفافیت پر 100 اوہم/مربع (مربع)]، کیمیائی بخارات جمع کرنے (CVD) کے ذریعے اگائے جانے والے مونولیئر گرافین میں شیٹ مزاحمت (125 اوہم/مربع) اور شفافیت (97.4%) (5) کا ایک جیسا امتزاج ہے۔ اس کے علاوہ، گرافین فلموں میں ITO (7) کے مقابلے میں غیر معمولی لچک ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، پلاسٹک کے سبسٹریٹ پر، اس کی چالکتا کو 0.8 ملی میٹر (8) تک چھوٹے موڑنے والے رداس کے لیے بھی برقرار رکھا جا سکتا ہے۔ ایک شفاف لچکدار موصل کے طور پر اپنی برقی کارکردگی کو مزید بڑھانے کے لیے، پچھلے کاموں نے ایک جہتی (1D) سلور نینوائرز یا کاربن نانوٹوبس (CNTs) (9–11) کے ساتھ گرافین ہائبرڈ مواد تیار کیا ہے۔ مزید برآں، گرافین کو مخلوط جہتی ہیٹرسٹرکچرل سیمی کنڈکٹرز (جیسے 2D بلک Si، 1D nanowires/nanotubes، اور 0D کوانٹم ڈاٹس) کے لیے الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کیا گیا ہے، (12)، لچکدار ٹرانزسٹر، شمسی خلیات، اور روشنی خارج کرنے والے diodes (LEDs) (13) -23)۔
اگرچہ گرافین نے لچکدار الیکٹرانکس کے لیے امید افزا نتائج دکھائے ہیں، لیکن اسٹریچ ایبل الیکٹرانکس میں اس کا اطلاق اس کی مکینیکل خصوصیات (17, 24, 25) کی وجہ سے محدود ہے۔ گرافین میں جہاز میں سختی 340 N/m ہے اور ینگز ماڈیولس 0.5 TPa (26) ہے۔ مضبوط کاربن کاربن نیٹ ورک لاگو تناؤ کے لیے توانائی کی کھپت کا کوئی طریقہ کار فراہم نہیں کرتا ہے اور اس لیے آسانی سے 5% سے کم تناؤ پر شگاف پڑ جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، پولی ڈیمیتھائلسلوکسین (PDMS) لچکدار سبسٹریٹ پر منتقل ہونے والا CVD گرافین صرف 6% سے کم تناؤ (8) پر اپنی چالکتا برقرار رکھ سکتا ہے۔ نظریاتی حساب سے پتہ چلتا ہے کہ مختلف تہوں کے درمیان کرمپنگ اور آپس میں گٹھ جوڑ کو سختی سے کم کرنا چاہیے (26)۔ گرافین کو ایک سے زیادہ تہوں میں اسٹیک کرنے سے، یہ اطلاع دی جاتی ہے کہ یہ بائی یا ٹرائی لیئر گرافین 30 فیصد تک پھیلنے کے قابل ہے، جو کہ مونولیئر گرافین (27) سے 13 گنا کم مزاحمتی تبدیلی کو ظاہر کرتا ہے۔ تاہم، یہ اسٹریچ ایبلٹی اب بھی جدید ترین اسٹریچ ایبل سی آنڈکٹرز (28، 29) سے نمایاں طور پر کمتر ہے۔
ٹرانجسٹرز اسٹریچ ایبل ایپلی کیشنز میں اہم ہیں کیونکہ وہ نفیس سینسر ریڈ آؤٹ اور سگنل تجزیہ کو قابل بناتے ہیں (30, 31)۔ PDMS پر ٹرانزسٹر جس میں ملٹی لیئر گرافین ماخذ/ڈرین الیکٹروڈ اور چینل میٹریل کے طور پر برقی فعل کو 5% سٹرین (32) تک برقرار رکھ سکتے ہیں، جو کہ پہننے کے قابل صحت کی نگرانی کرنے والے سینسرز اور الیکٹرانک جلد کے لیے کم از کم مطلوبہ قدر (~50%) سے نمایاں طور پر کم ہے۔ 33، 34)۔ حال ہی میں، ایک گرافین کیریگامی نقطہ نظر کی کھوج کی گئی ہے، اور مائع الیکٹرولائٹ کے ذریعے گیٹ کیے گئے ٹرانزسٹر کو 240% (35) تک بڑھایا جا سکتا ہے۔ تاہم، اس طریقہ کار کے لیے معطل شدہ گرافین کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ من گھڑت عمل کو پیچیدہ بناتا ہے۔
یہاں، ہم گرافین کی تہوں کے درمیان گرافین اسکرول (~ 1 سے 20 μm لمبا، ~ 0.1 سے 1 μm چوڑا، اور ~ 10 سے 100 nm اونچا) کے ذریعے انتہائی اسٹریچ ایبل گرافین ڈیوائسز حاصل کرتے ہیں۔ ہم یہ قیاس کرتے ہیں کہ یہ گرافین اسکرول گرافین کی چادروں میں دراڑوں کو ختم کرنے کے لیے ترسیلی راستے فراہم کر سکتے ہیں، اس طرح دباؤ کے تحت اعلی چالکتا کو برقرار رکھا جا سکتا ہے۔ گرافین اسکرول کو اضافی ترکیب یا عمل کی ضرورت نہیں ہے۔ وہ قدرتی طور پر گیلے منتقلی کے طریقہ کار کے دوران بنتے ہیں۔ ملٹی لیئر G/G (گرافین/گرافین) اسکرولز (MGGs) گرافین اسٹریچ ایبل الیکٹروڈ (ذریعہ/ڈرین اور گیٹ) اور سیمی کنڈکٹنگ CNTs کا استعمال کرتے ہوئے، ہم انتہائی شفاف اور انتہائی اسٹریچ ایبل آل کاربن ٹرانجسٹرز کا مظاہرہ کرنے کے قابل ہوئے، جنہیں 120 تک بڑھایا جا سکتا ہے۔ % تناؤ (چارج نقل و حمل کی سمت کے متوازی) اور ان کی اصل موجودہ پیداوار کا % 60 برقرار رکھیں۔ یہ اب تک کا سب سے زیادہ اسٹریچ ایبل شفاف کاربن پر مبنی ٹرانجسٹر ہے، اور یہ غیر نامیاتی ایل ای ڈی چلانے کے لیے کافی کرنٹ فراہم کرتا ہے۔
بڑے رقبے کے شفاف اسٹریچ ایبل گرافین الیکٹروڈ کو فعال کرنے کے لیے، ہم نے Cu ورق پر CVD سے تیار کردہ گرافین کا انتخاب کیا۔ Cu ورق کو CVD کوارٹج ٹیوب کے بیچ میں معطل کر دیا گیا تھا تاکہ G/Cu/G ڈھانچے کو دونوں طرف گرافین کی نشوونما کی اجازت دی جا سکے۔ گرافین کی منتقلی کے لیے، ہم نے گرافین کے ایک سائیڈ کی حفاظت کے لیے پہلے پولی (میتھائل میتھ کرائیلیٹ) (پی ایم ایم اے) کی ایک پتلی تہہ کو گھمایا، جسے ہم نے ٹاپ سائیڈ گرافین (گرافین کے دوسرے سائیڈ کے برعکس) کا نام دیا، اور اس کے بعد، پوری فلم (PMMA/top graphene/Cu/bottom graphene) کو (NH4) 2S2O8 محلول میں بھگو دیا گیا تھا تاکہ Cu ورق کو دور کیا جا سکے۔ پی ایم ایم اے کوٹنگ کے بغیر نیچے کی طرف والے گرافین میں ناگزیر طور پر دراڑیں اور نقائص ہوں گے جو ایک اینچنٹ کو گھسنے کی اجازت دیتے ہیں (36, 37)۔ جیسا کہ تصویر 1A میں دکھایا گیا ہے، سطحی تناؤ کے اثر کے تحت، جاری کردہ گرافین ڈومینز اسکرول میں لپٹے اور بعد میں باقی ٹاپ-G/PMMA فلم کے ساتھ منسلک ہو گئے۔ ٹاپ-G/G اسکرول کو کسی بھی سبسٹریٹ پر منتقل کیا جا سکتا ہے، جیسے SiO2/Si، گلاس، یا نرم پولیمر۔ اس منتقلی کے عمل کو ایک ہی سبسٹریٹ پر کئی بار دہرانے سے MGG ڈھانچہ ملتا ہے۔
(A) MGGs کے لیے اسٹریچ ایبل الیکٹروڈ کے طور پر من گھڑت طریقہ کار کی اسکیمیٹک مثال۔ گرافین کی منتقلی کے دوران، کیو فوائل پر بیک سائیڈ گرافین کو حدود اور نقائص پر توڑ دیا گیا، من مانی شکلوں میں لپیٹ دیا گیا، اور اوپری فلموں کے ساتھ مضبوطی سے جڑا ہوا، نینو اسکرولز بنا۔ چوتھے کارٹون میں اسٹیک شدہ MGG ڈھانچہ دکھایا گیا ہے۔ (B اور C) بالترتیب monolayer graphene (B) اور اسکرول (C) خطے پر توجہ مرکوز کرتے ہوئے monolayer MGG کی اعلی ریزولوشن TEM خصوصیات۔ (B) کا انسیٹ ایک کم میگنیفیکیشن امیج ہے جو TEM گرڈ پر monolayer MGGs کی مجموعی شکل کو ظاہر کرتا ہے۔ (C) کے insets تصویر میں اشارہ کردہ مستطیل خانوں کے ساتھ لیے گئے شدت والے پروفائلز ہیں، جہاں جوہری طیاروں کے درمیان فاصلے 0.34 اور 0.41 nm ہیں۔ (D ) کاربن K-edge EEL اسپیکٹرم خصوصیت کے ساتھ گرافک π* اور σ* چوٹیوں کا لیبل لگا ہوا ہے۔ (E) پیلے رنگ کے نقطے والی لکیر کے ساتھ اونچائی والے پروفائل کے ساتھ monolayer G/G اسکرول کی سیکشنل AFM تصویر۔ (F سے I) بالترتیب 300-nm-موٹی SiO2/Si سبسٹریٹس پر (F اور H) کے بغیر اور اسکرول (G اور I) کے ساتھ ٹریلیئر G کی آپٹیکل مائکروسکوپی اور AFM امیجز۔ ان کے فرق کو اجاگر کرنے کے لیے نمائندہ طوماروں اور جھریوں پر لیبل لگایا گیا تھا۔
اس بات کی تصدیق کرنے کے لیے کہ اسکرول فطرت میں رولڈ گرافین ہیں، ہم نے monolayer top-G/G اسکرول ڈھانچے پر ہائی ریزولوشن ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی (TEM) اور الیکٹران انرجی نقصان (EEL) سپیکٹروسکوپی اسٹڈیز کیں۔ شکل 1B ایک مونولیئر گرافین کی مسدس ساخت کو ظاہر کرتا ہے، اور انسیٹ فلم کی مجموعی شکل ہے جو TEM گرڈ کے ایک کاربن ہول پر محیط ہے۔ مونولیئر گرافین زیادہ تر گرڈ پر پھیلا ہوا ہے، اور ہیکساگونل رِنگز کے متعدد ڈھیروں کی موجودگی میں کچھ گرافین فلیکس ظاہر ہوتے ہیں (تصویر 1B)۔ ایک انفرادی اسکرول (تصویر 1C) میں زوم کرکے، ہم نے گرافین جالی کے کنارے کی ایک بڑی مقدار کا مشاہدہ کیا، جس میں جالیوں کا فاصلہ 0.34 سے 0.41 nm ہے۔ یہ پیمائشیں بتاتی ہیں کہ فلیکس تصادفی طور پر لپٹے ہوئے ہیں اور یہ کامل گریفائٹ نہیں ہیں، جس میں "ABAB" پرت کے اسٹیکنگ میں 0.34 nm کا جالی فاصلہ ہے۔ شکل 1D کاربن K-edge EEL سپیکٹرم کو دکھاتا ہے، جہاں 285 eV کی چوٹی π* مداری سے نکلتی ہے اور دوسری 290 eV کے ارد گرد σ* مداری کی منتقلی کی وجہ سے ہوتی ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ اس ڈھانچے میں sp2 بانڈنگ کا غلبہ ہے، اس بات کی تصدیق کرتے ہوئے کہ اسکرول انتہائی گرافک ہیں۔
آپٹیکل مائیکروسکوپی اور اٹامک فورس مائیکروسکوپی (AFM) امیجز MGGs (تصویر 1، E سے G، اور انجیر S1 اور S2) میں گرافین نینو سکرولز کی تقسیم کے بارے میں بصیرت فراہم کرتی ہیں۔ طوماروں کو سطح پر تصادفی طور پر تقسیم کیا جاتا ہے، اور ان کی ہوائی جہاز میں کثافت اسٹیک شدہ تہوں کی تعداد کے تناسب سے بڑھ جاتی ہے۔ بہت سے طومار گرہوں میں الجھے ہوئے ہیں اور 10 سے 100 nm کی حد میں غیر یکساں اونچائیوں کی نمائش کرتے ہیں۔ وہ 1 سے 20 μm لمبے اور 0.1 سے 1 μm چوڑے ہیں، ان کے ابتدائی گرافین فلیکس کے سائز پر منحصر ہے۔ جیسا کہ تصویر 1 (H اور I) میں دکھایا گیا ہے، طوماروں میں جھریوں سے نمایاں طور پر بڑے سائز ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے گرافین کی تہوں کے درمیان بہت زیادہ کھردرا انٹرفیس ہوتا ہے۔
برقی خصوصیات کی پیمائش کرنے کے لیے، ہم نے فوٹو لیتھوگرافی کا استعمال کرتے ہوئے 300-μm-چوڑی اور 2000-μm-لمبی پٹیوں میں اسکرول ڈھانچے کے ساتھ یا اس کے بغیر گرافین فلموں کا نمونہ بنایا۔ تناؤ کے کام کے طور پر دو تحقیقاتی مزاحمت کو محیطی حالات میں ماپا گیا۔ اسکرول کی موجودگی نے monolayer graphene کے لیے resistivity کو 80% تک کم کر دیا اور ترسیل میں صرف 2.2% کمی واقع ہوئی (تصویر S4)۔ یہ اس بات کی تصدیق کرتا ہے کہ نینو اسکرولز، جن کی کرنٹ کثافت 5 × 107 A/cm2 (38, 39) تک ہوتی ہے، MGGs میں بہت مثبت برقی شراکت کرتے ہیں۔ تمام مونو-، بائی-، اور ٹریلیئر سادہ گرافین اور MGGs میں، ٹریلیئر MGG تقریباً 90% کی شفافیت کے ساتھ بہترین کنڈکٹنس رکھتا ہے۔ لٹریچر میں رپورٹ کردہ گرافین کے دیگر ذرائع سے موازنہ کرنے کے لیے، ہم نے فور پروب شیٹ ریزسٹنس (تصویر S5) کو بھی ناپا اور انہیں تصویر 2A میں 550 nm (fig. S6) پر ٹرانسمیٹینس کے فنکشن کے طور پر درج کیا۔ ایم جی جی مصنوعی طور پر اسٹیک شدہ ملٹیلا یر سادہ گرافین اور کم گرافین آکسائڈ (آر جی او) (6، 8، 18) کے مقابلے میں موازنہ یا زیادہ چالکتا اور شفافیت کو ظاہر کرتا ہے۔ نوٹ کریں کہ لٹریچر سے مصنوعی طور پر اسٹیک شدہ ملٹی لیئر سادہ گرافین کی شیٹ ریزسٹنس ہمارے MGG سے تھوڑی زیادہ ہے، شاید اس کی وجہ ان کی ترقی کے غیر موزوں حالات اور منتقلی کا طریقہ ہے۔
(A) گرافین کی کئی اقسام کے لیے 550 nm پر ٹرانسمیٹینس بمقابلہ چار تحقیقاتی شیٹ مزاحمت، جہاں سیاہ چوکور مونو-، بائی-، اور ٹریلیئر MGGs کی نشاندہی کرتے ہیں۔ سرخ دائرے اور نیلے مثلث لی ایٹ ال کے مطالعے سے Cu اور Ni پر اگائے جانے والے ملٹی لیئر سادہ گرافین سے مطابقت رکھتے ہیں۔ (6) اور کم وغیرہ۔ (8) بالترتیب، اور بعد میں SiO2/Si یا کوارٹج پر منتقل کیا گیا؛ اور سبز مثلث Bonaccorso et al کے مطالعہ سے مختلف کم کرنے والی ڈگریوں پر RGO کے لیے قدریں ہیں۔ (18)۔ (B اور C) mono-، bi- اور trilayer MGGs اور G کی مزاحمتی تبدیلی کو کرنٹ کے بہاؤ کی سمت میں کھڑے (B) اور متوازی (C) تناؤ کے فعل کے طور پر۔ (D) سائیکلک سٹرین لوڈنگ کے تحت 50% کھڑے تناؤ کے تحت بائلیئر G (سرخ) اور MGG (سیاہ) کی مزاحمتی تبدیلی کو معمول پر لانا۔ (E) 90% متوازی تناؤ تک سائکلک سٹرین لوڈنگ کے تحت ٹرائی لیئر G (سرخ) اور MGG (سیاہ) کی معمول کی مزاحمتی تبدیلی۔ (ایف) مونو-، دو- اور ٹریلیئر G اور دو- اور ٹریلیئر MGGs کی تناؤ کے فنکشن کے طور پر معمول کے مطابق کیپیسیٹینس کی تبدیلی۔ انسیٹ کیپسیٹر کا ڈھانچہ ہے، جہاں پولیمر سبسٹریٹ SEBS ہے اور پولیمر ڈائی الیکٹرک پرت 2-μm-موٹی SEBS ہے۔
ایم جی جی کی تناؤ پر منحصر کارکردگی کا جائزہ لینے کے لیے، ہم نے گرافین کو تھرمو پلاسٹک ایلسٹومر اسٹائرین-ایتھیلین-بوٹاڈین اسٹائرین (SEBS) سبسٹریٹس (~ 2 سینٹی میٹر چوڑا اور ~ 5 سینٹی میٹر لمبا) پر منتقل کیا، اور چالکتا کی پیمائش کی گئی کیونکہ سبسٹریٹ کو پھیلایا گیا تھا۔ (ملاحظہ کریں مواد اور طریقے) کرنٹ کے بہاؤ کی سمت کے دونوں کھڑے اور متوازی (تصویر 2، بی اور سی)۔ تناؤ پر منحصر برقی رویے میں نینو اسکرولز اور گرافین کی پرتوں کی بڑھتی ہوئی تعداد کے ساتھ بہتری آئی۔ مثال کے طور پر، جب تناؤ موجودہ بہاؤ کے لیے کھڑا ہوتا ہے، monolayer graphene کے لیے، اسکرول کے اضافے سے بجلی کے ٹوٹنے پر دباؤ 5 سے 70% تک بڑھ جاتا ہے۔ monolayer graphene کے مقابلے میں trilayer graphene کے strain tolerance میں بھی نمایاں بہتری آئی ہے۔ نانو اسکرولز کے ساتھ، 100% کھڑے تناؤ پر، ٹریلیئر ایم جی جی ڈھانچے کی مزاحمت میں صرف 50% اضافہ ہوا، اس کے مقابلے میں بغیر اسکرول کے ٹریلیئر گرافین کے لیے 300%۔ سائیکلک سٹرین لوڈنگ کے تحت مزاحمتی تبدیلی کی چھان بین کی گئی۔ موازنے کے لیے (تصویر 2D)، ایک سادہ بیلیئر گرافین فلم کی مزاحمت 700 ~ 700 سائیکلوں کے بعد 50% کھڑے تناؤ پر تقریباً 7.5 گنا بڑھ گئی اور ہر چکر میں تناؤ کے ساتھ بڑھتی رہی۔ دوسری طرف، ایک بیلیئر ایم جی جی کی مزاحمت ~ 700 سائیکلوں کے بعد صرف 2.5 گنا بڑھی۔ متوازی سمت کے ساتھ 90% تک تناؤ کا اطلاق کرنے سے، ٹریلیئر گرافین کی مزاحمت 1000 چکروں کے بعد ~100 گنا بڑھ گئی، جب کہ ٹریلیئر MGG (تصویر 2E) میں یہ صرف ~8 گنا ہے۔ سائیکلنگ کے نتائج انجیر میں دکھائے گئے ہیں۔ S7. متوازی تناؤ کی سمت کے ساتھ مزاحمت میں نسبتاً تیزی سے اضافہ اس لیے ہوتا ہے کہ دراڑوں کا رخ کرنٹ کے بہاؤ کی سمت پر کھڑا ہوتا ہے۔ لوڈنگ اور ان لوڈنگ کے دوران مزاحمت کا انحراف SEBS elastomer substrate کی viscoelastic ریکوری کی وجہ سے ہے۔ سائیکلنگ کے دوران MGG سٹرپس کی زیادہ مستحکم مزاحمت بڑے طوماروں کی موجودگی کی وجہ سے ہوتی ہے جو گرافین کے پھٹے ہوئے حصوں کو پل سکتے ہیں (جیسا کہ AFM کے ذریعہ obse rved ہے)، ایک پرکولیٹنگ پاتھ وے کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے۔ پرکولیٹنگ پاتھ وے کے ذریعے چالکتا کو برقرار رکھنے کا یہ واقعہ ایلسٹومر سبسٹریٹس (40، 41) پر پھٹے ہوئے دھات یا سیمی کنڈکٹر فلموں کے لیے پہلے بھی رپورٹ کیا جا چکا ہے۔
ان گرافین پر مبنی فلموں کو اسٹریچ ایبل ڈیوائسز میں گیٹ الیکٹروڈ کے طور پر جانچنے کے لیے، ہم نے گرافین کی تہہ کو SEBS ڈائی الیکٹرک پرت (2 μm موٹی) سے ڈھانپ دیا اور تناؤ کے کام کے طور پر ڈائی الیکٹرک کیپیسیٹینس کی تبدیلی کی نگرانی کی (تصویر 2F اور ضمنی مواد دیکھیں۔ تفصیلات)۔ ہم نے مشاہدہ کیا کہ سادہ monolayer اور bilayer graphene کے الیکٹروڈ کے ساتھ capacitances میں تیزی سے کمی واقع ہوئی ہے کیونکہ graphene کے جہاز میں چالکتا کے نقصان کی وجہ سے۔ اس کے برعکس، MGGs کے ساتھ ساتھ سادہ ٹریلیئر گرافین کے ذریعے کیپیسیٹینسز نے سٹرین کے ساتھ گنجائش میں اضافہ دکھایا، جس کی وجہ تناؤ کے ساتھ ڈائی الیکٹرک موٹائی میں کمی کی توقع ہے۔ گنجائش میں متوقع اضافہ MGG ڈھانچہ (تصویر S8) کے ساتھ بہت اچھی طرح سے میل کھاتا ہے۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ ایم جی جی اسٹریچ ایبل ٹرانجسٹرز کے لیے گیٹ الیکٹروڈ کے طور پر موزوں ہے۔
برقی چالکتا کی تناؤ رواداری پر 1D گرافین اسکرول کے کردار کی مزید چھان بین کرنے اور گرافین تہوں کے درمیان علیحدگی کو بہتر طریقے سے کنٹرول کرنے کے لیے، ہم نے گرافین اسکرول کو تبدیل کرنے کے لیے اسپرے لیپت CNTs کا استعمال کیا (دیکھیں ضمنی مواد)۔ MGG ڈھانچے کی نقل کرنے کے لیے، ہم نے CNTs کی تین کثافتیں جمع کیں (یعنی CNT1
(A سے C) CNTs کی تین مختلف کثافتوں کی AFM تصاویر (CNT1
اسٹریچ ایبل الیکٹرانکس کے الیکٹروڈ کے طور پر ان کی صلاحیت کو مزید سمجھنے کے لیے، ہم نے تناؤ کے تحت ایم جی جی اور جی-سی این ٹی-جی کی شکلوں کی منظم طریقے سے چھان بین کی۔ آپٹیکل مائیکروسکوپی اور اسکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپی (SEM) کردار سازی کے مؤثر طریقے نہیں ہیں کیونکہ دونوں میں رنگ کے تضاد کی کمی ہوتی ہے اور SEM الیکٹران اسکیننگ کے دوران تصویری نمونوں کے تابع ہوتا ہے جب گرافین پولیمر سبسٹریٹس (انجیر S9 اور S10) پر ہوتا ہے۔ دباؤ کے تحت گرافین کی سطح کا مشاہدہ کرنے کے لیے، ہم نے انتہائی پتلی (~ 0.1 ملی میٹر موٹی) اور لچکدار SEBS ذیلی جگہوں پر منتقل ہونے کے بعد ٹریلیئر MGGs اور سادہ گرافین پر AFM پیمائش جمع کی۔ CVD گرافین میں داخلی نقائص اور منتقلی کے عمل کے دوران خارجی نقصانات کی وجہ سے، کشیدہ گرافین پر ناگزیر طور پر دراڑیں پیدا ہوتی ہیں، اور بڑھتے ہوئے تناؤ کے ساتھ، دراڑیں گھنی ہو جاتی ہیں (تصویر 4، A سے D)۔ کاربن پر مبنی الیکٹروڈز کے اسٹیکنگ ڈھانچے پر منحصر ہے، دراڑیں مختلف شکلوں کی نمائش کرتی ہیں (تصویر S11) (27)۔ ملٹی لیئر گرافین کی کریک ایریا کثافت (کریک ایریا/تجزیہ شدہ ایریا کے طور پر بیان کیا گیا) تناؤ کے بعد مونولیئر گرافین سے کم ہے، جو ایم جی جی کے لیے برقی چالکتا میں اضافے کے مطابق ہے۔ دوسری طرف، دراڑوں کو پُر کرنے کے لیے اکثر طوماروں کا مشاہدہ کیا جاتا ہے، جو کشیدہ فلم میں اضافی ترسیلی راستے فراہم کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، جیسا کہ تصویر 4B کی تصویر میں لیبل لگایا گیا ہے، ایک وسیع طومار ٹریلیئر MGG میں ایک شگاف کو عبور کر گیا، لیکن سادہ گرافین (تصویر 4، E سے H) میں کوئی طومار نہیں دیکھا گیا۔ اسی طرح، CNTs نے گرافین (تصویر S11) میں دراڑیں بھی پُر کیں۔ کریک ایریا کی کثافت، اسکرول ایریا کی کثافت، اور فلموں کی کھردری کا خلاصہ تصویر 4K میں دیا گیا ہے۔
(A سے H) 0، 20، 60، اور 100 پر انتہائی پتلی SEBS (~ 0.1 ملی میٹر موٹی) ایلسٹومر پر ٹریلیئر G/G اسکرولز (A to D) اور ٹریلیئر G ڈھانچے (E to H) کی AFM تصاویر۔ % تناؤ نمائندہ شگاف اور طومار تیروں کے ساتھ نوکدار ہیں۔ تمام AFM تصاویر 15 μm × 15 μm کے علاقے میں ہیں، ایک ہی رنگ سکیل بار کا استعمال کرتے ہوئے جیسا کہ لیبل لگایا گیا ہے۔ (I) SEBS سبسٹریٹ پر پیٹرن والے monolayer گرافین الیکٹروڈ کی نقلی جیومیٹری۔ (J) monolayer graphene اور SEBS سبسٹریٹ میں 20% بیرونی تناؤ میں زیادہ سے زیادہ پرنسپل لوگاریتھمک سٹرین کا سمولیشن کنٹور میپ۔ (K) مختلف گرافین ڈھانچے کے لیے کریک ایریا کی کثافت (سرخ کالم)، اسکرول ایریا کی کثافت (پیلا کالم) اور سطح کی کھردری (نیلے کالم) کا موازنہ۔
جب ایم جی جی فلموں کو پھیلایا جاتا ہے، تو ایک اہم اضافی طریقہ کار ہوتا ہے کہ اسکرول گرافین کے پھٹے ہوئے خطوں کو پُل سکتے ہیں، ایک ٹکرانے والے نیٹ ورک کو برقرار رکھتے ہیں۔ گرافین اسکرول امید افزا ہیں کیونکہ ان کی لمبائی دسیوں مائیکرو میٹر ہو سکتی ہے اور اس وجہ سے عام طور پر مائیکرو میٹر کے پیمانے پر ہونے والی شگافوں کو ختم کرنے کے قابل ہے۔ مزید برآں، چونکہ اسکرول گرافین کی کثیر پرتوں پر مشتمل ہوتے ہیں، اس لیے ان کی مزاحمت کم ہونے کی توقع کی جاتی ہے۔ اس کے مقابلے میں، نسبتاً گھنے (کم ترسیلی) CNT نیٹ ورکس کو تقابلی کنڈکٹو برجنگ کی صلاحیت فراہم کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، کیونکہ CNTs چھوٹے ہوتے ہیں (عام طور پر لمبائی میں چند مائکرو میٹر) اور اسکرول سے کم کنڈکٹیو۔ دوسری طرف، جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ ایس 12، جب کہ سٹریچنگ کے دوران گرافین میں شگاف پڑ جاتا ہے تاکہ اسٹریچنگ کو ایڈجسٹ کیا جا سکے، اسکرول میں شگاف نہیں پڑتے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ مؤخر الذکر بنیادی گرافین پر پھسل رہا ہے۔ ان میں شگاف نہ پڑنے کی وجہ ممکنہ طور پر لپیٹے ہوئے ڈھانچے کی وجہ سے ہے، جو گرافین کی بہت سی تہوں پر مشتمل ہے (~ 1 سے 2 0 μm لمبی، ~ 0.1 سے 1 μm چوڑی، اور ~ 10 سے 100 nm اونچی)، جس میں سنگل لیئر گرافین سے زیادہ موثر ماڈیولس۔ جیسا کہ Green and Hersam (42) کے ذریعہ رپورٹ کیا گیا ہے، دھاتی CNT نیٹ ورکس (1.0 nm کا ٹیوب قطر) CNTs کے درمیان بڑے جنکشن مزاحمت کے باوجود کم شیٹ مزاحمت <100 ohms/sq حاصل کر سکتے ہیں۔ اس بات کو مدنظر رکھتے ہوئے کہ ہمارے گرافین اسکرول کی چوڑائی 0.1 سے 1 μm ہوتی ہے اور یہ کہ G/G اسکرول میں CNTs کے مقابلے بہت بڑے رابطے کے علاقے ہوتے ہیں، گرافین اور گرافین اسکرول کے درمیان رابطے کی مزاحمت اور رابطہ کا علاقہ اعلی چالکتا کو برقرار رکھنے کے عوامل کو محدود نہیں کرنا چاہیے۔
گرافین میں SEBS سبسٹریٹ سے بہت زیادہ ماڈیولس ہوتا ہے۔ اگرچہ گرافین الیکٹروڈ کی موثر موٹائی سبسٹریٹ کے مقابلے میں بہت کم ہے، لیکن گرافین کے اوقات کی سختی اس کی موٹائی سبسٹریٹ (43, 44) کے مقابلے میں ہے، جس کے نتیجے میں ایک اعتدال پسند سخت جزیرے کا اثر ہوتا ہے۔ ہم نے SEBS سبسٹریٹ پر 1-nm-موٹی گرافین کی اخترتی کی نقالی کی (تفصیلات کے لیے ضمنی مواد دیکھیں)۔ تخروپن کے نتائج کے مطابق، جب SEBS سبسٹریٹ پر بیرونی طور پر 20% تناؤ لگایا جاتا ہے، تو گرافین میں اوسط تناؤ ~6.6% ہوتا ہے (تصویر 4J اور انجیر S13D)، جو تجرباتی مشاہدات سے مطابقت رکھتا ہے (تصویر S13 دیکھیں) . ہم نے آپٹیکل مائکروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے پیٹرن والے گرافین اور سبسٹریٹ والے خطوں میں تناؤ کا موازنہ کیا اور پایا کہ سبسٹریٹ ریجن میں تناؤ گرافین کے خطے میں کم از کم دوگنا ہے۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ گرافین الیکٹروڈ پیٹرن پر لگائے جانے والے تناؤ کو نمایاں طور پر محدود کیا جا سکتا ہے، جس سے SEBS (26، 43، 44) کے اوپر گرافین کے سخت جزیرے بنتے ہیں۔
لہٰذا، ایم جی جی الیکٹروڈز کی ہائی سٹرین کے تحت اعلی چالکتا کو برقرار رکھنے کی صلاحیت ممکنہ طور پر دو بڑے میکانزم کے ذریعے فعال ہوتی ہے: (i) اسکرول منقطع خطوں کو کنڈکٹیو ٹکرانے کے راستے کو برقرار رکھنے کے لیے پل کر سکتے ہیں، اور (ii) ملٹی لیئر گرافین شیٹس/ایلسٹومر سلائیڈ کر سکتے ہیں۔ ایک دوسرے کے اوپر، جس کے نتیجے میں گرافین الیکٹروڈز پر تناؤ کم ہوتا ہے۔ ایلسٹومر پر منتقل شدہ گرافین کی متعدد تہوں کے لیے، تہیں ایک دوسرے کے ساتھ مضبوطی سے منسلک نہیں ہوتی ہیں، جو کہ تناؤ کے جواب میں پھسل سکتی ہیں (27)۔ اسکرول نے گرافین تہوں کی کھردری کو بھی بڑھایا، جو گرافین تہوں کے درمیان علیحدگی کو بڑھانے میں مدد کر سکتی ہے اور اس وجہ سے گرافین تہوں کو سلائیڈ کرنے کے قابل بناتی ہے۔
کم قیمت اور زیادہ تھرو پٹ کی وجہ سے آل کاربن ڈیوائسز کو جوش و خروش سے استعمال کیا جاتا ہے۔ ہمارے معاملے میں، آل کاربن ٹرانجسٹرز کو نیچے گرافین گیٹ، اوپر گرافین سورس/ڈرین کا رابطہ، ایک ترتیب شدہ CNT سیمی کنڈکٹر، اور SEBS بطور ڈائی الیکٹرک (تصویر 5A) کا استعمال کرتے ہوئے من گھڑت بنایا گیا تھا۔ جیسا کہ تصویر 5B میں دکھایا گیا ہے، ایک آل کاربن ڈیوائس جس میں CNTs بطور ماخذ/ڈرین اور گیٹ (نیچے کا آلہ) ہے، گرافین الیکٹروڈ (اوپر کا آلہ) والے آلے سے زیادہ مبہم ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ CNT نیٹ ورک کو بڑی موٹائی کی ضرورت ہوتی ہے اور اس کے نتیجے میں، گرافین (تصویر S4) کی طرح شیٹ مزاحمت حاصل کرنے کے لیے کم آپٹیکل ٹرانسمیشنز کی ضرورت ہوتی ہے۔ شکل 5 (C اور D) بیلیئر ایم جی جی الیکٹروڈ کے ساتھ بنائے گئے ٹرانجسٹر کے دباؤ سے پہلے نمائندہ منتقلی اور آؤٹ پٹ منحنی خطوط کو دکھاتا ہے۔ غیر تناؤ والے ٹرانجسٹر کی چینل کی چوڑائی اور لمبائی بالترتیب 800 اور 100 μm تھی۔ ماپا آن/آف تناسب بالترتیب 10−5 اور 10−8 A کی سطح پر آن اور آف کرنٹ کے ساتھ 103 سے زیادہ ہے۔ آؤٹ پٹ وکر واضح گیٹ وولٹیج انحصار کے ساتھ مثالی لکیری اور sa turation رجیم کی نمائش کرتا ہے، جو CNTs اور گرافین الیکٹروڈ کے درمیان مثالی رابطے کی نشاندہی کرتا ہے (45)۔ گرافین الیکٹروڈ کے ساتھ رابطے کی مزاحمت بخارات سے بنی Au فلم کے مقابلے میں کم دیکھی گئی تھی (دیکھیں تصویر S14)۔ اسٹریچ ایبل ٹرانزسٹر کی سنترپتی نقل و حرکت تقریباً 5.6 cm2/Vs ہے، جیسا کہ ایک ڈائی الیکٹرک پرت کے طور پر 300-nm SiO2 کے ساتھ سخت Si سبسٹریٹس پر اسی پولیمر ترتیب والے CNT ٹرانزسٹروں کی طرح ہے۔ نقل و حرکت میں مزید بہتری آپٹمائزڈ ٹیوب کثافت اور دیگر اقسام کی ٹیوبوں (46) سے ممکن ہے۔
(A) گرافین پر مبنی اسٹریچ ایبل ٹرانجسٹر کی اسکیم۔ SWNTs، سنگل دیواروں والے کاربن نانوٹوبس۔ (B) گرافین الیکٹروڈ (اوپر) اور CNT الیکٹروڈ (نیچے) سے بنے اسٹریچ ایبل ٹرانزسٹروں کی تصویر۔ شفافیت میں فرق واضح طور پر نمایاں ہے۔ (C اور D) تناؤ سے پہلے SEBS پر گرافین پر مبنی ٹرانجسٹر کی منتقلی اور آؤٹ پٹ منحنی خطوط۔ (E اور F) منتقلی منحنی خطوط، آن اور آف کرنٹ، آن/آف تناسب، اور گرافین پر مبنی ٹرانجسٹر کی نقل و حرکت مختلف تناؤ پر۔
جب شفاف، آل کاربن ڈیوائس کو چارج کی نقل و حمل کی سمت کے متوازی سمت میں پھیلایا گیا تو، 120٪ تک کم سے کم تنزلی دیکھی گئی۔ کھینچنے کے دوران، نقل و حرکت مسلسل 5.6 cm2/Vs سے 0% سٹرین پر 2.5 cm2/Vs تک 120% سٹرین پر کم ہو گئی (تصویر 5F)۔ ہم نے مختلف چینل کی لمبائی کے لیے ٹرانجسٹر کی کارکردگی کا بھی موازنہ کیا (ٹیبل S1 دیکھیں)۔ خاص طور پر، 105% تک بڑے تناؤ پر، ان تمام ٹرانزسٹروں نے پھر بھی ایک اعلی آن/آف تناسب (>103) اور نقل و حرکت (>3 cm2/Vs) کی نمائش کی۔ اس کے علاوہ، ہم نے آل کاربن ٹرانجسٹرز پر تمام حالیہ کام کا خلاصہ کیا (ٹیبل S2 دیکھیں) (47–52)۔ ایلسٹومر پر ڈیوائس فیبریکیشن کو بہتر بنا کر اور MGGs کو رابطوں کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، ہمارے آل کاربن ٹرانجسٹرز نقل و حرکت اور ہسٹریسیس کے لحاظ سے اچھی کارکردگی دکھاتے ہیں اور ساتھ ہی ساتھ انتہائی اسٹریچ ایبل بھی ہیں۔
مکمل طور پر شفاف اور اسٹریچ ایبل ٹرانزسٹر کے اطلاق کے طور پر، ہم نے اسے ایل ای ڈی کی سوئچنگ کو کنٹرول کرنے کے لیے استعمال کیا (تصویر 6A)۔ جیسا کہ تصویر 6B میں دکھایا گیا ہے، سبز ایل ای ڈی کو براہ راست اوپر رکھے ہوئے اسٹریچ ایبل آل کاربن ڈیوائس کے ذریعے واضح طور پر دیکھا جا سکتا ہے۔ ~100% (تصویر 6, C اور D) تک پھیلانے کے دوران، LED روشنی کی شدت میں کوئی تبدیلی نہیں آتی، جو اوپر بیان کردہ ٹرانزسٹر کی کارکردگی سے مطابقت رکھتی ہے (دیکھیں فلم S1)۔ یہ گرافین الیکٹروڈز کا استعمال کرتے ہوئے بنائے جانے والے اسٹریچ ایبل کنٹرول یونٹس کی پہلی رپورٹ ہے، جو گرافین اسٹریچ ایبل الیکٹرانکس کے لیے ایک نئے امکان کو ظاہر کرتی ہے۔
(A) ایل ای ڈی چلانے کے لیے ٹرانزسٹر کا سرکٹ۔ جی این ڈی، گراؤنڈ۔ (B) سٹریچ ایبل اور شفاف آل کاربن ٹرانجسٹر کی تصویر جو 0% سٹرین پر سبز ایل ای ڈی کے اوپر نصب ہے۔ (C) ایل ای ڈی کو سوئچ کرنے کے لیے استعمال ہونے والے آل کاربن شفاف اور اسٹریچ ایبل ٹرانزسٹر کو ایل ای ڈی کے اوپر 0% (بائیں) اور 100% سٹرین (دائیں) پر نصب کیا جا رہا ہے۔ سفید تیر آلے پر پیلے مارکر کے طور پر اشارہ کرتے ہیں تاکہ فاصلے کی تبدیلی کو بڑھایا جا سکے۔ (D) کھینچے ہوئے ٹرانجسٹر کا سائیڈ ویو، ایل ای ڈی کے ساتھ ایلسٹومر میں دھکیل دیا گیا۔
آخر میں، ہم نے ایک شفاف کوندکٹو گرافین ڈھانچہ تیار کیا ہے جو بڑے تناؤ کے نیچے اسٹریچ ایبل الیکٹروڈز کے طور پر اعلی چالکتا کو برقرار رکھتا ہے، جو اسٹیک شدہ گرافین تہوں کے درمیان گرافین نانوسکرولز کے ذریعے فعال ہے۔ ایلسٹومر پر یہ بائی اور ٹرائی لیئر ایم جی جی الیکٹروڈ ڈھانچے بالترتیب 21 اور 65 فیصد کو برقرار رکھ سکتے ہیں، 100 فیصد تک زیادہ سٹرین پر اپنی 0% سٹرین چالکتا کو برقرار رکھ سکتے ہیں، اس کے مقابلے میں عام مونولیئر گرافین الیکٹروڈ کے لیے 5% سٹرین پر چالکتا کے مکمل نقصان کے مقابلے میں . گرافین اسکرول کے اضافی کوندکٹو راستے نیز منتقل شدہ تہوں کے درمیان کمزور تعامل تناؤ کے تحت اعلی چالکتا کے استحکام میں معاون ہیں۔ ہم نے اس گرافین ڈھانچے کو آل کاربن اسٹریچ ایبل ٹرانجسٹر بنانے کے لیے مزید لاگو کیا۔ اب تک، یہ سب سے زیادہ اسٹریچ ایبل گرافین پر مبنی ٹرانجسٹر ہے جس میں بکسنگ کا استعمال کیے بغیر بہترین شفافیت ہے۔ اگرچہ موجودہ مطالعہ اسٹریچ ایبل الیکٹرانکس کے لیے گرافین کو قابل بنانے کے لیے کیا گیا تھا، لیکن ہم سمجھتے ہیں کہ اس نقطہ نظر کو دوسرے 2D مواد تک بڑھایا جا سکتا ہے تاکہ اسٹریچ ایبل 2D الیکٹرانکس کو قابل بنایا جا سکے۔
بڑے رقبے والے CVD گرافین کو معطل Cu foils (99.999%; Alfa Aesar) پر 50–SCCM (معیاری کیوبک سینٹی میٹر فی منٹ) CH4 اور 20–SCCM H2 کے ساتھ 0.5 mtorr کے مستقل دباؤ میں 1000°C پر پیشگی کے طور پر اگایا گیا تھا۔ کیو ورق کے دونوں اطراف مونولیئر گرافین سے ڈھکے ہوئے تھے۔ PMMA کی ایک پتلی پرت (2000 rpm؛ A4، Microchem) Cu ورق کے ایک طرف اسپن لیپت تھی، جس سے PMMA/G/Cu foil/G ڈھانچہ بنتا تھا۔ اس کے بعد، پوری فلم کو 0.1 M امونیم پرسلفیٹ [(NH4)2S2O8] محلول میں تقریباً 2 گھنٹے کے لیے بھگو دیا گیا تاکہ Cu ورق کو دور کیا جا سکے۔ اس عمل کے دوران، غیر محفوظ بیک سائیڈ گرافین پہلے اناج کی حدود کے ساتھ پھٹ گیا اور پھر سطح کے تناؤ کی وجہ سے اسکرول میں لپٹا۔ اسکرول PMMA کی حمایت یافتہ اوپری گرافین فلم کے ساتھ منسلک تھے، PMMA/G/G اسکرولز بناتے ہوئے۔ فلموں کو بعد میں کئی بار ڈیونائزڈ پانی میں دھویا گیا اور ایک ٹارگٹ سبسٹریٹ، جیسے کہ سخت SiO2/Si یا پلاسٹک سبسٹریٹ پر رکھا گیا۔ جیسے ہی منسلک فلم سبسٹریٹ پر خشک ہوتی ہے، نمونے کو ترتیب وار طور پر ایسٹون، 1:1 ایسٹون/آئی پی اے (آئیسوپروپل الکحل) میں بھگو دیا جاتا ہے اور پی ایم ایم اے کو ہٹانے کے لیے ہر ایک کو 30 سیکنڈ کے لیے IPA ڈالا جاتا ہے۔ فلموں کو 100 ° C پر 15 منٹ تک گرم کیا جاتا تھا یا رات بھر ایک خلا میں رکھا جاتا تھا تاکہ پھنسے ہوئے پانی کو مکمل طور پر نکال دیا جا سکے اس سے پہلے کہ اس پر G/G اسکرول کی ایک اور تہہ منتقل ہو جائے۔ یہ قدم سبسٹریٹ سے گرافین فلم کی لاتعلقی سے بچنے اور پی ایم ایم اے کیریئر پرت کی رہائی کے دوران ایم جی جی کی مکمل کوریج کو یقینی بنانا تھا۔
MGG ڈھانچے کی شکل کا مشاہدہ آپٹیکل مائکروسکوپ (Leica) اور اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ (1 kV؛ FEI) کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا۔ جی اسکرول کی تفصیلات کا مشاہدہ کرنے کے لیے ایک اٹامک فورس مائکروسکوپ (نانوسکوپ III، ڈیجیٹل انسٹرومنٹ) کو ٹیپنگ موڈ میں چلایا گیا۔ فلم کی شفافیت کا تجربہ بالائے بنفشی نظر آنے والے سپیکٹرومیٹر (Agilent Cary 6000i) سے کیا گیا۔ ٹیسٹوں کے لیے جب تناؤ موجودہ بہاؤ کی سیدھا سمت کے ساتھ تھا، فوٹو لیتھوگرافی اور O2 پلازما کا استعمال گرافین ڈھانچے کو سٹرپس (~ 300 μm چوڑا اور ~ 2000 μm لمبا) کرنے کے لیے کیا گیا تھا، اور Au (50 nm) الیکٹروڈ کو تھرمل طور پر جمع کیا گیا تھا۔ لمبی سائیڈ کے دونوں سروں پر شیڈو ماسک۔ اس کے بعد گرافین کی پٹیوں کو SEBS ایلسٹومر (~ 2 سینٹی میٹر چوڑا اور ~ 5 سینٹی میٹر لمبا) کے ساتھ رابطے میں رکھا گیا تھا، جس کے ساتھ SEBS کے چھوٹے حصے کے متوازی سٹرپس کے لمبے محور کے بعد BOE (بفرڈ آکسائیڈ ایچ) (HF:H2O) 1:6) ایچنگ اور یوٹیکٹک گیلیم انڈیم (EGaIn) برقی رابطوں کے طور پر۔ متوازی تناؤ کے ٹیسٹوں کے لیے، بغیر پیٹرن والے گرافین سٹرکچر es (~ 5 × 10 mm) کو SEBS سبسٹریٹس پر منتقل کیا گیا، جس میں SEBS سبسٹریٹ کے لمبے حصے کے متوازی لمبے محور تھے۔ دونوں صورتوں کے لیے، پورے G (بغیر G اسکرول کے)/SEBS کو ایلسٹومر کے لمبے حصے کے ساتھ ایک دستی آلات میں پھیلایا گیا تھا، اور اس صورت حال میں، ہم نے سیمی کنڈکٹر تجزیہ کار (کیتھلی 4200) کے ساتھ تحقیقاتی اسٹیشن پر دباؤ کے تحت ان کی مزاحمتی تبدیلیوں کی پیمائش کی۔ -ایس سی ایس)۔
ایک لچکدار سبسٹریٹ پر انتہائی اسٹریچ ایبل اور شفاف آل کاربن ٹرانجسٹروں کو پولیمر ڈائی الیکٹرک اور سبسٹریٹ کے نامیاتی سالوینٹ نقصان سے بچنے کے لیے درج ذیل طریقہ کار کے ذریعے من گھڑت بنایا گیا تھا۔ ایم جی جی ڈھانچے کو گیٹ الیکٹروڈ کے طور پر SEBS میں منتقل کیا گیا تھا۔ یکساں پتلی فلم پولیمر ڈائی الیکٹرک پرت (2 μm موٹی) حاصل کرنے کے لیے، ایک SEBS ٹولیون (80 mg/ml) محلول کو octadecyltrichlorosilane (OTS) - ترمیم شدہ SiO2/Si سبسٹریٹ پر 1 منٹ کے لیے 1000 rpm پر اسپن لیپت کیا گیا تھا۔ پتلی ڈائی الیکٹرک فلم کو ہائیڈروفوبک OTS سطح سے SEBS سبسٹریٹ پر بآسانی منتقل کیا جا سکتا ہے جیسا کہ تیار کردہ گرافین سے ڈھکا ہوا ہے۔ ایل سی آر (انڈکٹینس، کیپیسیٹینس، ریزسٹنس) میٹر (ایجیلنٹ) کا استعمال کرتے ہوئے تناؤ کے فنکشن کے طور پر کیپیسیٹینس کا تعین کرنے کے لیے مائع دھات (EGaIn؛ Sigma-Aldrich) ٹاپ الیکٹروڈ جمع کرکے ایک کپیسیٹر بنایا جا سکتا ہے۔ ٹرانزسٹر کا دوسرا حصہ پولیمر سے ترتیب شدہ سیمی کنڈکٹنگ CNTs پر مشتمل تھا، جو پہلے بتائے گئے طریقہ کار پر عمل کرتے ہیں (53)۔ نمونہ دار سورس/ڈرین الیکٹروڈ سخت SiO2/Si سبسٹریٹس پر من گھڑت تھے۔ اس کے بعد، دو حصوں، ڈائی الیکٹرک/G/SEBS اور CNTs/ پیٹرن والے G/SiO2/Si، کو ایک دوسرے پر ٹکڑے ٹکڑے کر دیا گیا، اور سخت SiO2/Si سبسٹریٹ کو ہٹانے کے لیے BOE میں بھگو دیا گیا۔ اس طرح، مکمل طور پر شفاف اور اسٹریچ ایبل ٹرانجسٹرز من گھڑت تھے۔ دباؤ کے تحت بجلی کی جانچ مذکورہ بالا طریقہ کے طور پر دستی اسٹریچنگ سیٹ اپ پر کی گئی تھی۔
اس مضمون کے لیے اضافی مواد http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/3/9/e1700159/DC1 پر دستیاب ہے۔
انجیر۔ S1. مختلف میگنیفیکیشنز پر SiO2/Si سبسٹریٹس پر monolayer MGG کی آپٹیکل مائکروسکوپی تصاویر۔
انجیر۔ S4. دو تحقیقاتی شیٹ ریزسٹنس اور ٹرانسمیٹینس @ 550 nm مونو-، دو- اور ٹریلیئر سادہ گرافین (سیاہ چوکور)، MGG (سرخ دائرے)، اور CNTs (نیلے مثلث) کا موازنہ۔
انجیر۔ S7. بالترتیب 40 اور 90% متوازی تناؤ تک ~1000 سائیکلک سٹرین لوڈنگ کے تحت مونو- اور بائلیئر MGGs (سیاہ) اور G (سرخ) کی مزاحمتی تبدیلی کو معمول پر لانا۔
انجیر۔ S10. تناؤ کے بعد SEBS ایلسٹومر پر ٹریلیئر MGG کی SEM تصویر، جس میں کئی شگافوں پر ایک لمبا طومار دکھایا گیا ہے۔
انجیر۔ S12. 20% سٹرین پر انتہائی پتلی SEBS ایلسٹومر پر ٹرائی لیئر MGG کی AFM تصویر، جس میں دکھایا گیا ہے کہ ایک طومار ایک شگاف کو عبور کر گیا ہے۔
ٹیبل S1۔ بیلیئر ایم جی جی – سنگل دیواروں والے کاربن نانوٹوب ٹرانجسٹرز کی حرکتیں تناؤ سے پہلے اور بعد میں مختلف چینل کی لمبائی پر۔
یہ تخلیقی العام انتساب-غیر تجارتی لائسنس کی شرائط کے تحت تقسیم کیا گیا ایک کھلا رسائی مضمون ہے، جو کسی بھی میڈیم میں استعمال، تقسیم اور تولید کی اجازت دیتا ہے، جب تک کہ نتیجہ خیز استعمال تجارتی فائدے کے لیے نہ ہو اور بشرطیکہ اصل کام صحیح طریقے سے ہو۔ حوالہ دیا
نوٹ: ہم صرف آپ کے ای میل ایڈریس کی درخواست کرتے ہیں تاکہ آپ جس شخص کو صفحہ کی سفارش کر رہے ہیں اسے معلوم ہو کہ آپ چاہتے ہیں کہ وہ اسے دیکھیں، اور یہ کہ یہ فضول میل نہیں ہے۔ ہم کسی بھی ای میل ایڈریس پر قبضہ نہیں کرتے ہیں۔
یہ سوال یہ جانچنے کے لیے ہے کہ آیا آپ انسانی وزیٹر ہیں یا نہیں اور خودکار سپیم جمع کرانے کو روکنے کے لیے ہے۔
بذریعہ نان لیو، ایلکس چورتوس، ٹنگ لی، لیہوا جن، تائیہو رائے کم، وون گیو بی، چنکسین ژو، سیہونگ وانگ، رافیل پیفٹنر، ژیوان چن، رابرٹ سنکلیئر، زینان باؤ
بذریعہ نان لیو، ایلکس چورتوس، ٹنگ لی، لیہوا جن، تائیہو رائے کم، وون گیو بی، چنکسین ژو، سیہونگ وانگ، رافیل پیفٹنر، ژیوان چن، رابرٹ سنکلیئر، زینان باؤ
© 2021 امریکن ایسوسی ایشن فار دی ایڈوانسمنٹ آف سائنس۔ جملہ حقوق محفوظ ہیں۔ AAAS HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef اور COUNTER.Science Advances ISSN 2375-2548 کا پارٹنر ہے۔