Химики Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с учеными из Китая разработали инновационный метод формирования характеристик графена без применения сложного и дорогостоящего оборудования. Этот подход может быть использован для создания новых типов углеродных электронных компонентов.
Технология представляет собой электрохимическую литографию с использованием катализатора (CEEL). Сначала исследователи при помощи электрокатализатора дисульфида молибдена окисляют поверхность графита до оксида графена. Затем на полученных образцах с помощью лазерной обработки частично восстанавливают оксид графена с микрометровой точностью. Далее электрическими и химическими методами политехники целенаправленно формируют плазмонно-активные участки.
«Основная идея предложенной нами технологии заключается в том, чтобы «писать», «стирать» и «перезаписывать» слои с различной степенью окисления графена без полного разрушения. Фактически, это универсальный метод, который позволяет создать на одной углеродной платформе электронные, оптические и химические устройства. При этом глубина обработки может варьироваться, что позволяет формировать многослойные структуры. Мы использовали это для создания первого в мире полностью углеродного монолитного полевого транзистора с обратным затвором», — пояснил руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
С помощью атомно-силовой микроскопии, рамановской, сканирующей и рентгеновской фотоэлектронной микроскопии было подтверждено, что процессы нового метода происходят локально и контролируемо. При этом не применяются агрессивные кислоты и особые условия. Эксперимент показал, что дисульфид молибдена играет важную роль в качестве электрокатализатора для формирования более однородных слоев оксида графена, что существенно для создания высокотехнологичных устройств. Благодаря возможности перезаписи слоев метод позволяет адаптировать будущие технологии под конкретные задачи в области фотоники, биомедицинских сенсоров и электроники.
«Формирование слоя оксида графена на подложке из графита дает возможность получить яркие и прочные пленки. Такие цвета называют структурными, так как они зависят от толщины слоя. Свою стабильность они сохраняют не менее шести недель. Это ценно для применения подобных фотонных структур. Более того, технология чувствительно реагирует на температуру и дыхание, что может быть полезным при разработке новых оптических сенсоров», — добавил участник проекта, аспирант ТПУ Павел Бахолдин.
Международное сотрудничество
В исследовании участвовали ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, Университета электронных наук и технологий Китая и Сычуаньского университета. Исследование получило поддержку по федеральной программе Минобрнауки РФ «Приоритет-2030» нацпроекта «Молодежь и дети». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Carbon (Q1, IF: 11,6).
Фото: hi-tech.mail.ru