Ученые из Томского политехнического университета, работающие в рамках совместного научного проекта и при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети», разработан новый способ управления характеристиками графена. Технология, на которой он основан, отличается гибкостью и экономичностью, обеспечивая возможность оперативной настройки и модификации свойств материала без использования сложного и дорогостоящего оборудования. В перспективе этот метод может способствовать созданию принципиально новых электронных компонентов, выполненных полностью из углерода, таких как датчики, фотоэлементы и каталитические устройства.
В журнале были обнародованы результаты исследования, проведенного учеными Carbon (Q1, IF: 11,6).
Представленная технология – электрохимическая литография с применением катализатора (CEEL). Процесс включает три последовательных этапа: на первом этапе ученые используют электрокатализатор на основе дисульфида молибдена для окисления поверхности графита до оксида графена. Последующий этап предполагает частичное восстановление оксида графена с использованием лазерной обработки, что позволяет достичь микрометрической точности (LrGo). На заключительном этапе электрическими и химическими методами формируют области, обладающие плазмонной активностью.
«Суть разработанной нами технологии заключается в возможности “нанесения”, “удаления” и “модификации” слоев графена с различной степенью окисления, не приводящих к их полному уничтожению. Фактически, это универсальный метод, дающий возможность создавать электронные, оптические и химические устройства на единой углеродной основе. При этом глубина воздействия может варьироваться, что позволяет формировать многослойные структуры. По словам руководителя проекта, профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, это было использовано для создания первого в мире полностью углеродного монолитного полевого транзистора с обратным затвором Рауль Родригес.
Атомно-силовая микроскопия, рамановская, сканирующая и рентгеновская фотоэлектронная микроскопия позволили установить, что процессы, реализованные новым методом, носят локальный характер и поддаются регулированию. Разработанный учеными ТПУ подход, в отличие от существующих аналогов, не требует применения агрессивных кислот и жестких условий. Политехники отмечают, что ключевым открытием стало выявление значительной роли дисульфида молибдена в качестве электрокатализатора, обеспечивающего формирование более однородных слоев оксида графена, что критически важно для производства передовых устройств. Благодаря возможности многократной модификации слоев, метод открывает перспективы для адаптации перспективных технологий к специфическим требованиям фотоники, биомедицинских сенсоров и электроники.
«Создание слоя оксида графена на графитовой подложке обеспечивает получение ярких и долговечных пленок. Данные цвета являются структурными, поскольку их интенсивность зависит от толщины слоя. Они демонстрируют стабильность на протяжении не менее шести недель, что делает их перспективными для использования в фотонных структурах. При этом технология проявляет чувствительность к изменениям температуры и внешнему воздействию, что может найти применение при создании инновационных оптических сенсоров, — отмечает участник проекта, аспирант ТПУ Павел Бахолдин.
В научном исследовании сотрудничали специалисты из научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Университета электронных наук и технологий Китая и Сычуаньского университета, расположенного в Китае).
Пресс-служба Томского политехнического университета выступила с заявлением