Gli scienziati hanno registrato la formazione di grafene indotto dal laser realizzato con un piccolo laser montato su un microscopio elettronico a scansione. Credito:Tour Group/Rice University
Non hai bisogno di un grande laser per produrre grafene indotto dal laser (LIG). Scienziati della Rice University, l'Università del Tennessee, Knoxville (UT Knoxville) e l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) stanno usando un raggio visibile molto piccolo per bruciare la forma schiumosa di carbonio in modelli microscopici.
I laboratori del chimico del riso James Tour, che ha scoperto il metodo originale per trasformare un comune polimero in grafene nel 2014, e lo scienziato dei materiali del Tennessee/ORNL Philip Rack hanno rivelato che ora possono osservare la forma del materiale conduttivo mentre produce piccole tracce di LIG in un microscopio elettronico a scansione (SEM).
Il processo alterato, dettagliato nella American Chemical Society's Materiali e interfacce applicati ACS , crea LIG con caratteristiche più piccole del 60% rispetto alla versione macro e quasi 10 volte più piccole di quelle normalmente ottenute con il precedente laser a infrarossi.
I laser a bassa potenza rendono anche il processo meno costoso, Tour ha detto. Ciò potrebbe portare a una produzione commerciale più ampia di elettronica e sensori flessibili.
"Una chiave per le applicazioni elettroniche è realizzare strutture più piccole in modo che si possa avere una densità maggiore, o più dispositivi per unità di area, " Tour ha detto. "Questo metodo ci permette di realizzare strutture che sono 10 volte più dense di quelle che facevamo in precedenza".
Per dimostrare il concetto, il laboratorio ha realizzato sensori di umidità flessibili che sono invisibili ad occhio nudo e fabbricati direttamente su poliimmide, un polimero commerciale. I dispositivi sono stati in grado di rilevare il respiro umano con un tempo di risposta di 250 millisecondi.
"Questo è molto più veloce della frequenza di campionamento per la maggior parte dei sensori di umidità commerciali e consente il monitoraggio di rapidi cambiamenti di umidità locale che possono essere causati dalla respirazione, ", ha detto l'autore principale del giornale, Il ricercatore post-dottorato di Rice Michael Stanford.
Gli scienziati della Rice University e dell'Oak Ridge National Laboratory hanno utilizzato un piccolo laser montato su un microscopio elettronico a scansione per formare punti e tracce di grafene conduttivo su un polimero. La tecnica crea grafene indotto dal laser con caratteristiche più piccole del 60% rispetto alla versione macro e quasi 10 volte più piccole di quelle normalmente ottenute con un laser a infrarossi. Credito:Tour Group/Rice University
I laser più piccoli pompano luce a una lunghezza d'onda di 405 nanometri, nella parte blu-violetta dello spettro. Questi sono meno potenti dei laser industriali che Tour Group e altri in tutto il mondo stanno usando per bruciare il grafene nella plastica, carta, legno e persino cibo.
Il laser montato sul SEM brucia solo i primi cinque micron del polimero, scrivendo caratteristiche di grafene fino a 12 micron. (Un capello umano, a confronto, è largo da 30 a 100 micron.)
Lavorare direttamente con ORNL ha permesso a Stanford di capitalizzare sulle attrezzature avanzate del laboratorio nazionale. "Questo è ciò che ha reso possibile questo sforzo congiunto, " Disse Giro.
Un'immagine al microscopio elettronico a scansione mostra due tracce di grafene indotto dal laser su un film di poliimmide. Un laser montato sul microscopio è stato utilizzato per bruciare i modelli nella pellicola. La tecnica è promettente per lo sviluppo dell'elettronica flessibile. Credito:Tour Group/Rice University
"Ho svolto molte delle mie ricerche di dottorato presso l'ORNL, quindi ero a conoscenza delle eccellenti strutture e scienziati e di come potevano aiutarci con il nostro progetto, " Stanford ha detto. "Le caratteristiche del LIG che stavamo creando erano così piccole che sarebbero state quasi impossibili da trovare se avessimo dovuto eseguire il laser dei modelli e poi cercarli al microscopio in seguito".
Tour, il cui gruppo ha recentemente introdotto il flash grafene per trasformare istantaneamente i rifiuti e i rifiuti alimentari in materiale prezioso, ha affermato che il nuovo processo LIG offre un nuovo percorso verso la scrittura di circuiti elettronici in substrati flessibili come i vestiti.
"Mentre il processo flash produrrà tonnellate di grafene, il processo LIG consentirà di sintetizzare direttamente il grafene per precise applicazioni elettroniche su superfici, " Disse Giro.
