Учёные Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН совместно с коллегами из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Института физики твёрдого тела им. Ю.А. Осипяна РАН и Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН получили сплошные тонкие прозрачные плёнки восстановленного оксида графена (rGO — reduced Graphene Oxide) с размерами до сантиметра путём химического взаимодействия отдельных микролистов оксида графена на кремниевой подложке с оксидным слоем, который включает предварительный нагрев и последующее восстановление в гидротермальных условиях. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Letters и на сайте ФИЦ ПХФ и МХ РАН.
«Исследование восстановленного оксида графена (RGO) и его химического сшивания было начато в связи с растущим интересом к материалам на основе графена из-за их уникальных электрических, тепловых и механических свойств. Возможность создания больших, непрерывных и прозрачных тонких плёнок RGO открывает значительные перспективы для различных применений, особенно в области электроники, оптоэлектроники и устройств хранения энергии», — рассказал научный сотрудник Лаборатории инженерии материалов для твердотельных устройств ФИЦ ПХФ и МХ РАН Евгений Кабачков.
На основе результатов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеновской дифракции in situ и данных, полученных с помощью рамановской спектроскопии, была предложена модель химического взаимодействия функциональных груп оксида графена в процессе первичной термической и последующей гидротермальной обработки. Полученные тонкие плёнки были перенесены на измерительные структуры, и исследователи оценили их проводящие свойства как в планарной, так и в вертикальной геометриях, сказано в исследовании.
Оксид графена (GO), полученный путём окисления и расслоения графита на отдельные листы, обладает огромным потенциалом для химической модификации. Его уникальные химические и физические свойства открывают возможности для создания новых энергоэффективных электронных и оптоэлектронных устройств, таких как мемристоры и фотомемристоры. Однако высокая реакционная способность оксида графена, вызванная разнообразием кислородных групп, приводит к быстрой деградации и нестабильности материала.
Для уменьшения числа кислородных групп и восстановления углеродной решётки могут использоваться различные методы восстановления GO. Гидротермальная обработка, в частности, позволяет контролировать процесс и модифицировать оксид графена, заменяя кислородные группы на другие, например, азотные или фторидные. Ранее предпринимались попытки получения сплошных плёнок путём восстановления оксида графена в растворе, но это обычно приводило к образованию трёхмерных губчатых структур из сшитых микролистов.
Традиционный метод получения слоёв оксида графена на подложке включает нанесение раствора на поверхность, однако в этом случае перенос таких плёнок на измерительные структуры возможен только с использованием адгезионных материалов.
«Результаты показывают, что разработанная технология может привести к получению плёнок с высокой проводимостью, которые необходимы для создания современных электронных устройств, таких как датчики, мемристоры и гибкая электроника. Значительная разница в проводимости между поперечными и вертикальными измерениями указывает на то, что оптимизация структуры плёнки может ещё больше повысить производительность», — добавил учёный.
Следующие шаги включают в себя дальнейшее изучение условий синтеза для оптимизации свойств плёнок RGO, а также изучение их интеграции в практические устройства. Кроме того, исследования могут быть расширены и включать в себя эффекты различных химических модификаций и масштабируемость производственного процесса для коммерческого применения, например для фотомемристоров и оперативной памяти RRAM (resistive random-access memory) для ПК и нейросетей на их основе.