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清华&吉大&北大Adv. Mater.综述:石墨烯基柔性电子器件的激光制造

作者:admin发布时间:2020-10-09分类:产业动态浏览:10评论:0


导读:原标题:清华&吉林大学&北京大学Adv.Mater.具体描述:石墨烯材料基软性电子元器件的激光器生产制造【前言】石墨烯材料凭着优异的...
原标题:清华&吉林大学&北京大学Adv. Mater.具体描述:石墨烯材料基软性电子元器件的激光器生产制造

【前言】

石墨烯材料凭着优异的柔韧度、透光性、导电率和冲击韧性,早已变成制取软性电子元器件的智能原材料。过去的十年中,多种多样激光设备用以石墨烯材料的生产加工,如:激光器复原氧化石墨烯(LRGO),石墨烯材料的图案化、多级别结构型、杂分子夹杂、减层、离子注入、冲击性等,及其激光器解决聚酰亚胺膜(PI)制取石墨烯材料(LIG)。石墨烯材料广泛运用于多种多样电子元器件制取,如发电机组、超级电容器、半导体材料、感应器和控制器等。

【成果简介】

前不久,在清华高校尤政工程院院士和吉大张永来专家教授、韩冬冬博士研究生精英团队(通讯作者)领着下,与北大尤睿博士研究生(第一作者)协作,具体描述石墨烯材料基软性电子元器件激光器生产制造的进展情况。全篇小结用以石墨烯材料以及化合物制取、生产加工和改性材料的多种多样激光切割加工技术性。简述根据典型性激光器制取的多种多样石墨烯材料软性电子元器件。全方位具体描述运用持续激光器和脉冲光生产加工GO、有机化学液相堆积(CVD)生长发育的石墨烯材料和激光器诱发石墨烯材料。探讨激光器解决石墨烯材料的多种多样作用,如GO的光还原,无掩膜图案化,多级别构造,CVD生长发育石墨烯材料的减层、离子注入、冲击性,及其激光器在PI衬底制取石墨烯材料等。石墨烯材料的激光切割加工为石墨烯材料基软性电子元器件的发展趋势作出卓越贡献。小结运用激光器制取的典型性软性电子元器件,如:发电机组、超级电容器、感应器、光电子器件、控制器和智能化集成化元器件等。最终,对当今遭遇的挑戰和将来的研究内容开展未来展望。有关成效以名为“Laser Fabrication of Graphene-Based Flexible Electronics”发布在了Advanced Materials上。

【文图前言】

图1 激光切割加工石墨烯材料以及化合物在开发设计石墨烯材料基软性电子元器件层面的进展情况

清华&吉大&北大Adv. Mater.综述:石墨烯基柔性电子器件的激光制造

图2 激光器复原GO

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a)GO的光谱图。

b)激光器光化学反应复原GO的平面图,AFM图象,商品相片(比例尺精度:1 mm)。

c)GO和LRGO的C 1s XPS谱图。

d)GO和激光器光热发电复原制取LRGO的SEM图象。比例尺精度:10 μm。

e)电阻器可控性的LRGO。

图3 激光器解决CVD生长发育的石墨烯材料和激光器诱发石墨烯材料

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a)激光器烧损石墨烯材料的平面图(左)和金膜上石墨烯材料空气氧化的DFT实体模型(右)。下图中,O、C和Au分子各自由鲜红色、深棕色和金黄球表明。

b)石墨烯材料的伸缩。

c)石墨烯材料的激光器冲击性。

d)c中相匹配的SEM和AFM图。

e)LIG制取平面图(左)。商品相片(右)。

f)LIG的HRTEM图象。比例尺精度:5 nm。

g)LIG的拉曼光谱分析。

图16图案化的石墨烯材料

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a)根据LRGO的蛛网和吉大校徽图案设计。比例尺精度:10μm。

b)根据LRGO的太极拳(比例尺精度:50µm)、小熊猫(比例尺精度:10µm)和石墨烯材料电源电路图案设计。

c)根据LRGO的三维图案设计。

d)根据激光器解决CVD石墨烯材料的图案设计。

e)根据LIG的图案化。

f)根据LIG的三维样子。

g)根据激光器解决CVD石墨烯材料的三维样子。

图5多级别构造的石墨烯材料

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a)LRGO多孔材料的SEM图象。

b)LIG多孔材料的SEM图象(左图,比例尺精度:10 μm;插画图片,比例尺精度:1 μm)和TEM图象(下图,比例尺精度:5 Å)。

c)根据激光器干涉技术得到 的LRGO光纤传感器结构示意图。

d,e)1维和2维光纤传感器状构造LRGO的SEM图象。

f)1维和2维光纤传感器构造LRGO用以光透射演试。

g)根据CVD方式制取的多级别构造石墨烯材料。

h)多级别构造石墨烯材料的构造色调。

图6 杂分子夹杂的石墨烯材料

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a)在NH3氛围中制取N夹杂LRGO。

b)N夹杂LRGO做为FETs安全通道的元器件构造。

c)GO和N夹杂LRGO的XPS谱图。

d)N夹杂LRGO FETs的迁移特点曲线图。

e)氧化铋石墨烯材料。

f)氧化铋前后左右石墨烯材料元器件的特性比照。

图7 石墨烯材料发电机组

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a)环境湿度-电变换元器件的平面图。

b,c)环境湿度-电变换元器件的特性曲线图。

d)应用环境湿度-电变换元器件制取的写字板。

e)可拉申的环境湿度-电变换元器件。

f)工作压力发电机组的平面图。

g)串联工作压力发电机组的商品相片。

h)短路容量曲线图。

图8 石墨烯材料超级电容器

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a,b)a)平行面和b)三明治构造超级电容器的平面图。

c)软性LRGO超级电容器元器件结构示意图与商品相片。

d)LRGO超级电容器不一样弯折视角的元器件功能测试。

e)超级电容器-感应器集成化和集成化设备的泄露电流曲线图。

f)集成化设备的蓄电池充电曲线图。

图9 石墨烯材料应变力和液位传感器

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a)应变力感应器的相对性电阻器转变与拉申变形的关联。

b,c)应变力感应器的b)頻率和c)拉申2%的循环系统特点。

d-h)应变力感应器用以d)手指弯曲,e-g)吸气,h)脉率检验。

i-k)LRGO液位传感器的i)元器件构造,j)传感技术体制,k)氧化还原电位与工作压力关联。

图10 石墨烯材料生物传感器

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a)运用LIG生物传感器检测EEG、ECG和EMG数据信号的平面图。

b)聚氨酯弹性体海棉底材和LIG生物传感器的商品相片和SEM图象。

c-e)生物传感器纪录的c)α规律,d)ECG,e)EMG数据信号。

图11 石墨烯材料换能控制器

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a)正离子控制器的原理平面图。

b)具备EMI-BF4电解质溶液的IPGC和IPMC控制器的耐用度。

c)电加热控制器的原理平面图。

d)电加热仿生技术捕蝇草。

图12 石墨烯材料人力咽喉

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a)人力咽喉的工作方案。

b)人力咽喉的商品相片。比例尺精度:1 cm。

c)人力咽喉检验和变换很弱震动。

d-f)响声数据信号:d)高声音10 kHz,e)低声音10 kHz,f)低声音5 kHz。

【总结】

石墨烯材料具备出色的柔韧度、导电率、透光性、冲击韧性和可控性导电率,已变成制取软性电子元器件的智能原材料。过去的十年中,石墨烯材料的制取、生产加工和运用获得长久的发展趋势,促进石墨烯材料在电子元器件中的运用。在软性石墨烯材料基电子元器件的发展趋势中,激光器生产技术充分发挥十分关键的功效,如:可编程控制器的设计图案、多级别构造、元器件的生产制造和集成化。多种多样石墨烯材料源已取得成功用以激光切割加工,如:GO、CVD石墨烯材料和LIG。激光器复原GO有以下优势。第一,能够 完成无掩膜和无有机化学图案化。第二,激光器解决能够 制取微结构多级别构造。第三,根据调节含氧量官能团异构的成分,管控电力学特性。第四,激光器复原用以杂分子夹杂。因而,激光器复原GO是一个制取软性电子元器件有市场前景的技术性。针对CVD石墨烯材料来讲,激光器烧损可用以CVD石墨烯材料图案化。激光器减薄解决可精准操纵石墨烯材料的叠加层数。除此之外,激光器輔助蚀刻工艺和冲击性能够 推动石墨烯材料改性材料和外貌成形。最近,激光器辐照度PI衬底制取LIG变成石墨烯材料基软性电子元器件的科学研究网络热点。运用激光器直写技术性,一切必须的石墨烯材料图案设计都能够立即在软性PI衬底上制取。该方式简易、低成本,已广泛运用于多种多样软性电子元器件的开发设计。根据激光切割加工技术性,多种多样石墨烯材料基软性电子元器件获得开发设计,如发电机组、超级电容器、半导体材料、感应器和控制器等。

石墨烯材料的激光切割加工依然存有一些局限。激光器直写技术性生产制造高效率较低,在具体运用中,能够 采用并行处理生产加工方法处理高效率难题,如:选用室内空间光解调器或全息投影激光器解决等。针对GO的光还原,激光器解决能够 除去绝大多数的含氧量官能团异构,并修复LRGO的导电率。可是,在强烈的脱氨全过程中,sp2碳平面图被毁坏,造成很多缺点。针对LIG,与单面光滑的石墨烯材料对比,产生的LIG具备多孔材料。因而,LIG合适制取感应器和超级电容器,不宜用以必须光洁电级的半导体材料,如OLED。伴随着激光切割加工技术性和石墨烯材料制取方式的迅速发展趋势,将会出现大量的石墨烯材料基电子元器件根据激光切割加工技术性制取出去。伴随着这一行业的持续发展趋势,激光器制取石墨烯材料电子元器件将具备宽阔的应用前景。

参考文献连接:Laser Fabrication of Graphene-Based Flexible Electronics(Adv. Mater., 2019, DOI:10.1002/adma.201901981)

文中由木文韬汉语翻译,吉大韩冬冬博士研究生调整撰稿,材料牛梳理编写。江苏省激光器同盟转截

标签:&ampMater电子器件Adv激光综述示意图比例尺北大柔性消息资讯石墨烯器件电容器


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