Binghamton University forskare har visat en miljövänlig process som möjliggör en aldrig tidigare skådad rumslig kontroll över grafenoxids elektriska egenskaper. Detta tvådimensionella nanomaterial har potential att revolutionera flexibel elektronik, solceller och biomedicinska instrument.

Genom att använda sonden i ett atomkraftmikroskop för att utlösa en lokal kemisk reaktion, Jeffrey Mativetsky, biträdande professor i fysik vid Binghamton University, och doktoranden Austin Faucett visade att elektriskt ledande funktioner så små som fyra nanometer kan mönstras till individuella grafenoxidark. En nanometer är ungefär hundra tusen gånger mindre än bredden på ett människohår.

"Vår metod gör det möjligt att rita nanoskala elektriskt ledande funktioner i atomtunna isolerande ark med den högsta rumsliga kontrollen som rapporterats hittills, "sade Mativetsky." Till skillnad från standardmetoder för att manipulera egenskaperna hos grafenoxid, vår process kan implementeras under omgivande förhållanden och är miljövänlig, vilket gör det till ett lovande steg mot praktisk integration av grafenoxid i framtida teknik. "

Nobelpriset i fysik 2010 delades ut för upptäckten av grafen, en atomtunn, tvådimensionellt kolgitter med extraordinär elektrisk, termiska och mekaniska egenskaper. Grafenoxid är ett närbesläktat tvådimensionellt material med vissa fördelar jämfört med grafen, inklusive enkel produktion och bearbetning, och mycket justerbara egenskaper. Till exempel, genom att ta bort en del av syret från grafenoxid, det elektriskt isolerande materialet kan göras ledande, öppna möjligheter för användning inom flexibel elektronik, sensorer, solceller och biomedicinska anordningar.

Studien ger ny inblick i de rumsliga upplösningsgränserna och mekanismerna för en relativt ny process för mönstrande ledande regioner i isolerande grafenoxid. Den minsta ledande funktionsstorleken på fyra nanometer är den minsta som hittills uppnåtts med någon metod för detta material. Mativetsky sa att detta tillvägagångssätt är lovande för prototyper i laboratorieskala av konduktiva mönster i nanoskala i grafenoxid. "Det finns ett stort intresse för att definiera regioner med olika funktioner, och skriva kretsar i tvådimensionella material. Vår strategi ger ett sätt att direkt mönstra elektriskt ledande och isolerande regioner till grafenoxid med hög rumslig upplösning, sa Mativetsky.

Denna forskning möjliggör inte bara grundläggande studier av grafenoxids fysiska egenskaper, utan öppnar också nya vägar för att införliva grafenoxid i framtida teknik. Eftersom processen som utvecklats av Mativetsky undviker användning av skadliga kemikalier, höga temperaturer eller inert gasatmosfär, hans arbete representerar ett lovande steg mot miljövänlig tillverkning med grafenoxid. "I början, detta kommer främst att vara användbart för att studera grundläggande egenskaper och laboratorieskala enheter, "sa Mativetsky." Så småningom, detta arbete kan hjälpa till att leda till praktisk integration av grafenoxid i billig och flexibel elektronik, solceller, och sensorer. "

Studien, "Nanoskala -reduktion av grafenoxid under omgivande förhållanden, "visades först i onlineversionen av den internationella tidskriften Kol den 8 september, och kommer att publiceras i tryck i decembernumret. Mativetsky tilldelades nyligen ett treårigt bidrag från National Science Foundation för att ytterligare studera hans tillvägagångssätt för att skräddarsy strukturen och egenskaperna hos grafenoxid.