Используя зонд атомно-силового микроскопа для запуска локальной химической реакции, Джеффри Мативецки, доцент физики Бингемтонского университета, и аспирант Остин Фосетт показали, что электропроводящие элементы размером всего четыре нанометра могут быть преобразованы в отдельные листы оксида графена. Один нанометр примерно в сто тысяч раз меньше ширины человеческого волоса.
«Наш подход позволяет рисовать наноразмерные электропроводящие элементы на атомарно тонких изоляционных листах с наивысшим пространственным контролем, о котором сообщалось до сих пор», — сказал Мативецки. «В отличие от стандартных методов управления свойствами оксида графена, наш процесс может быть реализован в условиях окружающей среды и является безвредным для окружающей среды, что делает его многообещающим шагом к практической интеграции оксида графена в будущие технологии."
Нобелевская премия по физике 2010 г. была присуждена за открытие графена — атомарно тонкой двумерной углеродной решетки с исключительными электрическими, термическими и механическими свойствами.
Оксид графена — это тесно связанный двухмерный материал с определенными преимуществами перед графеном, включая простоту производства и обработки, а также легко настраиваемые свойства. Например, удалив часть кислорода из оксида графена, электроизоляционный материал можно сделать проводящим, что открывает перспективы для использования в гибкой электронике, датчиках, солнечных элементах и биомедицинских устройствах.
Исследование позволяет по-новому взглянуть на пределы пространственного разрешения и механизмы относительно нового процесса формирования рисунка проводящих областей в изолирующем оксиде графена.
Минимальный размер проводящего элемента в четыре нанометра — это наименьший из достигнутых на сегодняшний день методов для этого материала. Мативецки сказал, что этот подход является многообещающим для лабораторного прототипирования наноразмерных проводящих структур в оксиде графена. "Существует значительный интерес к определению областей с различными функциональными возможностями и написанию схем в двумерных материалах. «Наш подход обеспечивает способ напрямую структурировать электропроводящие и изолирующие области в оксид графена с высоким пространственным разрешением», — сказал Мативецкий.
Это исследование не только позволяет фундаментально изучить наноразмерные физические свойства оксида графена, но также открывает новые возможности для включения оксида графена в будущие технологии. Поскольку процесс, разработанный Мативецким, исключает использование вредных химикатов, высоких температур или атмосферы инертного газа, его работа представляет собой многообещающий шаг к экологически безопасному производству с использованием оксида графена. «Поначалу это будет в основном полезно для изучения фундаментальных свойств и лабораторных устройств», — сказал Мативецкий. «В конечном итоге эта работа может помочь в практической интеграции оксида графена в недорогую и гибкую электронику, солнечные элементы и датчики."