Ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с коллегами из Университета электронных наук и технологий Китая и Сычуаньского университета предложили новый способ программировать свойства графена. Эта технология проще и дешевле существующих: она позволяет быстро настраивать и переписывать свойства материала без применения сложного дорогостоящего оборудования.
В будущем это поможет создавать полностью углеродную электронику следующего поколения, включая датчики, фотоэлементы и каталитические устройства.
Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon (Q1).
Новая технология представляет собой электрохимическую литографию с использованием катализатора (CEEL). Она проходит в три этапа:
1) поверхность графита с помощью электрокатализатора дисульфида молибдена окисляют до оксида графена;
2) на полученных образцах с помощью лазерной обработки частично восстанавливают оксид графена с точностью до микрона (LrGo);
3) электрическими и химическими методами формируют плазмонно-активные участки.
«Идея предложенной нами технологии в том, чтобы “писать”, “стирать” и “перезаписывать” слои с различной степенью окисления графена без их полного разрушения. По сути, это универсальный способ, который позволяет создать на одной углеродной платформе электронные, оптические и химические устройства. Причем глубина обработки может быть разной — и таким образом можно создать многослойные структуры. Мы использовали это для формирования первого в мире полностью углеродного монолитного полевого транзистора с обратным затвором», — отмечает руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Результаты исследований ученые проверили с помощью атомно-силовой, рамановской, сканирующей и рентгеновской фотоэлектронной микроскопии, подтвердив, что процессы нового метода происходят локально и контролируются.
По словам политехников, этот подход, в отличие от существующих, работает без использования агрессивных кислот и условий. Главным открытием стала ключевая роль дисульфида молибдена — он работает как электрокатализатор и формирует более однородные слои оксида графена, необходимые для создания высокотехнологичных устройств. А возможность перезаписывать слои позволяет адаптировать будущие технологии под конкретные задачи фотоники, биомедицинских сенсоров и электроники.
«Формирование слоя оксида графена на подложке из графита позволяет получить яркие и прочные пленки. Такие цвета называются структурными, потому что они определяются толщиной слоя. Свою стабильность они сохраняют не менее шести недель. Это ценно для применения таких фотонных структур. Притом технология чувствительно реагирует на температуру и дыхание, что может быть полезным при разработке новых оптических сенсоров», — добавляет участник проекта, аспирант ТПУ Павел Бахолдин.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
