a) Illustrazione schematica dell'approccio senza polimeri a una fase per fabbricare grafene modellato su un substrato flessibile. Una maschera stencil è progettata da un software di progettazione assistita da computer e fabbricata da un laser cutter. La maschera fabbricata è allineata sul grafene CVD così come cresciuto su un foglio di Cu, e la regione esposta del grafene viene rimossa dal plasma di ossigeno. Il grafene modellato è laminato su un substrato flessibile, seguita dall'incisione della lamina di rame. b) Immagini al microscopio ottico e fotografie di varie maschere stencil con sofisticate caratteristiche di microscala (riga in alto) e corrispondenti pattern di array di grafene trasferiti su substrato SiO2 e film flessibile di Kapton (riga in basso). Tutte le barre della scala:300 μm. Credito:Università dell'Illinois
I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno sviluppato un passo, metodo facile per modellare il grafene utilizzando la maschera stencil e l'incisione con ioni reattivi al plasma di ossigeno, e successivo trasferimento diretto senza polimeri su substrati flessibili.
Grafene, un allotropo di carbonio bidimensionale, ha riscosso un immenso interesse scientifico e tecnologico. Combinando proprietà meccaniche eccezionali, mobilità superiore del vettore, alta conducibilità termica, idrofobicità, e costi di produzione potenzialmente bassi, il grafene fornisce un materiale di base superiore per bioelettrici di prossima generazione, elettromeccanico, optoelettronico, e applicazioni di gestione termica.
"Sono stati compiuti progressi significativi nella sintesi diretta di grandi aree, uniforme, film di grafene di alta qualità che utilizzano la deposizione chimica in fase vapore (CVD) con vari precursori e substrati catalitici, " ha spiegato SungWoo Nam, un assistente professore di scienze meccaniche e ingegneria all'Illinois. "Però, ad oggi, i requisiti infrastrutturali per l'elaborazione post-sintesi - modello e trasferimento - per la creazione di interconnessioni, canali a transistor, o i terminali dei dispositivi hanno rallentato l'implementazione del grafene in una gamma più ampia di applicazioni".
"In concomitanza con la recente evoluzione delle tecniche di produzione additiva e sottrattiva come la stampa 3D e la fresatura a controllo numerico computerizzato, abbiamo sviluppato una tecnica di modellazione del grafene semplice e scalabile utilizzando una maschera stencil fabbricata tramite un laser cutter, " ha dichiarato Keong Yong, uno studente laureato e primo autore del documento, "La fabbricazione rapida di maschere a stencil ha consentito la modellazione di grafene senza polimeri in un unico passaggio e il trasferimento diretto per dispositivi di grafene flessibili che appaiono in Rapporti scientifici .
"Il nostro approccio alla modellazione del grafene si basa su una tecnica di maschera d'ombra che è stata impiegata per la deposizione di metalli a contatto, " Yong ha aggiunto. "Non solo queste maschere stencil sono fabbricate facilmente e rapidamente per la prototipazione rapida iterativa, sono anche riutilizzabili, consentendo una replica dei modelli economicamente vantaggiosa. E poiché il nostro approccio non prevede né uno strato di trasferimento polimerico né solventi organici, siamo in grado di ottenere modelli di grafene privi di contaminazione direttamente su vari substrati flessibili."
Nam ha affermato che questo approccio dimostra una nuova possibilità per superare i limiti imposti dai processi di post-sintesi esistenti per ottenere la microstruttura del grafene. Yong immagina che questo facile approccio al patterning del grafene stabilisca cambiamenti trasformativi nello sviluppo di dispositivi basati sul grafene "fai da te" (DIY) per ampie applicazioni, inclusi circuiti/dispositivi flessibili ed elettronica indossabile.
"Questo metodo consente iterazioni di progettazione rapide e repliche di modelli, e la tecnica di modellazione senza polimeri promuove il grafene di qualità più pulita rispetto ad altre tecniche di fabbricazione, " Nam ha detto. "Abbiamo dimostrato che il grafene può essere modellato in varie forme geometriche e dimensioni, e abbiamo esplorato vari substrati per il trasferimento diretto del grafene modellato".
