Graphene - het Substraat voor Plastic Elektronika

door Professor Kian Ping Loh

Professor Kian Ping Loh, Afdeling van Chemie, Nationale Universiteit van Singapore
Overeenkomstige auteur: chmlohkp@nus.edu.sg

Transparant en leidend zijn de elektroden nodig voor toepassingen in zonnecellen en het platform van de energieomzetting als water het verdelen. Tot op heden, zijn er niet vele types van transparante en het leiden elektroden die goedkoop geproduceerde massa kunnen zijn. Beschikbaar op de markt zijn elektrodenmaterialen zoals het Oxyde van het Tin van het Indium (ITO) en Fluor gesmeerd tinoxyde. De verminderende levering van indium en zijn toenemende kosten motiveert wetenschapper om naar een alternatief elektrodenmateriaal te zoeken. Voorts is ITO breekbaar en kan noch in flexibele elektronika worden gebruikt noch thermaal bij op hoge temperatuur worden verwerkt.

Een zacht membraantype materiaal dat mechanisch taai en flexibel is is nodig. Graphene is één enkele die laag van koolstofblad met de koolstofatomen in een kristallijn honingraatnetwerk onderling worden verbonden. Het blijkt dat die hoogst leiden, kunnen de uiterst dunne graphenefilms een goed substituut voor ITO in al op koolstof-gebaseerde flexibele elektronika wegens zijn transparantie en flexibele aard zijn.

Graphene is uitgebreid bestudeerd wegens zijn unieke elektronische en mechanische eigenschappen evenals zijn ongeduldig ontworpen rol in de alle-koolstof postCMOS technologische revolutie.1-3 Zijn tweedimensionale (2D) aromatische bladstructuur evenals zijn hoog geleidingsvermogen, transparantie, mechanische sterkte en flexibiliteit, verlenen grote voordelen op graphene als kandidaatmateriaal voor de ontwikkeling van „plastic elektronika.“

In principe gekost geen belangrijke kwestie voor de productie van graphene zou moeten zijn aangezien het door chemische die dampdeposito kan worden geproduceerd (CVD) gebruikend methaan als gasvoer, in waterstof of argon wordt verdund.4,5 Het de Groot gebiedsgroei en broodje om verwerking van graphene te rollen gaan nu in het eerste stadium van commerciële productie binnen. De cvd-gedeponeerde graphene films kunnen op glas worden overgebracht om een nieuwe generatie van transparante en het leiden elektroden te produceren. wegens zijn flexibele en gevoelige kenmerken, graphene kan het membraan in de panelen van het aanrakingsscherm van handphones worden gebruikt.

Onlangs, vervaardigden Professor Kian Ping Loh en zijn collega's bij de Afdeling van Chemie, Nationale Universiteit van Singapore ononderbroken groot-gebied, hoogst transparant en leidend multilayer graphenefilms met bladweerstand van 200 ¦¸/square door de methode van het chemische damp (CVD)deposito.6 De CVD gekweekte graphene film kan gemakkelijk op glas worden overgebracht gebruikend polydimethylsiloxane de zegelbenadering (van PDMS) en als anode voor toepassing in organische photovoltaic cellen gebruikt.

Figuur 1. Gedeponeerd CVD graphene kan als transparante anode in organische zonnecel worden gebruikt, die het voordeel van flexibiliteit, transparantie en hoog elektrogeleidingsvermogen aanbieden.

Na niet covalente wijziging met een organische die molecule als pyrene buanoic zure succidymidylester wordt bekend (PBASE), steeg de efficiency van de machts (PCE)omzetting van de organische zonnecellen van 0.21% van de ongewijzigde films tot 1.71%. Deze prestaties beantwoorden aan ~ 55.2% van PCE van een identiek die apparaat met het oxydeanode van het indiumtin (ITO) wordt gemaakt, b.v., ITO/PEDOT-PSS/P3HT/PCBM/Al (PCE=3.1%). Dit het vinden baant de weg voor de substitutie van de anode ITO met lage kosten graphene film in photovoltaic en electroluminescent apparaten.

Naast chemische dampdeposito van graphene, graphene kunnen de derivaten ook oplossing- wordenverwerkt.7,8 De Chemici gebruikten gewoonlijk de geoxydeerde die vorm van graphene, als grapheneoxyde wordt bekend, 7 of produceren graphene van grafiet gebruikend inlassing/afschilferingsmethodes. Deze graphenederivaten tonen breed opgezette oplosbaarheid in een waaier van oplosmiddelen afhankelijk van hun voorbereidingsmethodes. De verwerking van de Oplossing staat graphene met een laag bedekte die rotatie te zijn toe of Inkjet op om het even welke substraten, dit wordt afgedrukt is zeer nuttig om de flexibele kring van de alle-koolstofelektronika op flexibele substraten te ontwikkelen.

Professor Kian Ping Loh en zijn collega's hebben hoge mobiliteit ontwikkeld, het geschikt om gedrukt te worden koolstofkring onlangs oplossing-verwerkt gebruiken graphene.9 Dergelijk type van helemaal gebaseerde elektronika kan thermaal bij temperatuur zo worden verwerkt hoog zoals 1000 ¡ ãC in vacuüm of niet-oxydeert milieu's. De oplossing-werkbaarheid van graphenederivaten laat de vervaardiging van anorganische -anorganisch-graphene of organische -organisch-graphene samenstellingen toe10 om worden bereikt gemakkelijk gebruikend natte chemiemethodes.

Zouden de hybride materialen van Graphene, b.v. graphene met een laag bedekt door quantumpunten of infrarode kleurstoffen, verbeterde prestaties in photovoltaics moeten aantonen. De verhoging van photocurrent generatie is van de efficiënte scheiding van exciton bij de graphene-organische kleurstof of de graphene-anorganische halfgeleiderinterface, evenals de verhoging van spectrale absorptiebandbreedte toe te schrijven het gevolg aan de uitgebreide vervoeging huidig in graphene.

Erkenning

Nrf-CRP toelage „Graphene Verwante Materialen en Apparaten, r-143-000-360-281


Verwijzingen

1. Geim, A.K.; Novoselov, K.S. Nat. Mater. 6, 183 (2007).
2. Novoselov, K.S.; Geim, A.K.; Morozov, S.V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S.V.; Grigorieva, I.V.; Firsov, A.A. Science, 306, 666(2004).
3. Rycerz, A.; Tworzydlo, K.J.; Beenakker, C.W.J.; Nationaal. Phys. 3, 172-175 (2007).
4. K.S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S.Y. Lee, J.M. Kim, Kwang, S. Kim, J.H. Ahn, P. Kim, J.Y. Choi, B.H. Hong, Aard 457, 760 (2009).
5. Li van Xuesong, Weiwei Cai, Jinho, Seyoung Kim, Junghyo Nah, Dongxing Yang, Richard Piner, 1 Aruna Velamakanni, Inhwa Jung, Emanuel Tutuc, Sanjay K. Banerjee, Luigi Colombo, Rodney S. Ruoff, Wetenschap, 2009, 324, 1312.
6. Yu Wang, Xiaohong Chen, Yulin Zhong, Furong Zhu en Kian Pingelt Loh, Appl. Phys. Letts. 95, 063302 (2009)
7. Daniel R. Dreyer, Park Sungjin, Christopher W. Bielawski en Rodney S. Ruoff, Soc. Toer, 39, 228 van Chem. (2010)
8. Goki Eda, Giovanni Fanchini, en Manish Chhowalla, Nanotechnologie 3 270-274 van de Aard (2008).
9. Wang SA, ANG PK, Wang ZQ, Kian Pingelt Loh, Nano Lett., 10, 92 (2010).
10. Xuan Wang, Linjie Zhi, en Klaus M¨ ¹ llen, Nano Lett., 8, 333 (2008)

Copyright AZoNano.com, Professor Kian Ping Loh (Nationale Universiteit van Singapore)

Date Added: May 10, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:16

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit