Grafenin Ötesinde Esnek 2B Malzemeler
Sentezleri, Özellikleri ve Uygulamaları…
İki boyutlu (2B) nanomalzemelerde, iki boyut nano ölçeğin dışındadır ve bir boyut yalnızca tek veya birkaç atomik katman kalınlığındadır. Atomik katmanlı kristallerin geniş spektrumu, geçiş metali dikalkojenitleri (TMD’ler), yarı iletken dikalkojenitleri, siyah fosfor (BP veya fosforen), iki atomlu altıgen boron nitrür (h-BN), altıgen metal oksit (h-MO) gibi tek atomlu bükülmüş kristalleri içerir. 2B malzemeleri araştırmacılar için bu kadar ilginç yapan şey, birçok benzerlerine kıyasla olağanüstü fiziksel ve kimyasal özellikleridir.
Grafenin benzersiz optik ve elektronik özelliklerinden esinlenen 2B katmanlı malzemeler — ve bunların hibritleri — son yıllarda, çoğunlukla esnek nanoelektronik için potansiyel uygulamaları tarafından yönlendirilen yoğun bir şekilde araştırılmıştır. 2B malzemelere dayalı esnek cihazlar, doğal atomik kalınlık, esneklik ve mekanik gücü kullanarak, esnek transistörler, esnek optoelektronik, esnek sensörler ve esnek süper kapasitörler içeren yeni esnek cihaz uygulamalarına ulaşmanın önünü açıyor.
Mükemmel mekanik esneklik ve düşük sıcaklıkta üretim süreçleriyle uyumluluk nedeniyle, 2B malzemeler plastik alt tabakalara sahip esnek elektronik ürünlerde kullanılabilir. Esnek elektronik ürünlerde kullanımları, düşük hareketlilik, organik malzemelerin yüksek voltajı, karmaşık teknolojik işlemler ve büyük polikristal Si kaçak akımı gibi geleneksel malzemelere dayalı sistemlerdeki çeşitli teknik zorlukların üstesinden gelebilir. Ayrıca, mekanik sağlamlık ve atomik kalınlıkları, görünür aralıkta yüksek şeffaflığa sahip 2B malzemeler sağlar ve bunları mekanik zorlanma ve döngüsel strese maruz kalan esnek, şeffaf elektronik cihazlar için uygun hale getirir. Small(Grafenin Ötesinde Esnek 2B Malzemeler: Sentez, Özellikler ve Uygulamalar) dergisindeki yakın tarihli bir inceleme makalesi, grafenin ötesinde 2B malzemelerin özelliklerine ve hazırlama yöntemlerine ve bunların esnek cihazlarda uygulamalarına derinlemesine bir bakış atıyor. Farklı 2B malzemeler, esnek transistörler, optoelektronik, sensörler ve süper kapasitörler gibi esnek cihazlarda belirli uygulamalar için farklı fiziksel özellikler gösterir (aşağıdaki tabloya bakın).
Yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya yöntemleri içeren 2B malzemelerin üretim teknikleri ve çeşitli hazırlama ve aktarma yöntemleri, örneğin seri üretim, büyük film veya temiz yüzey gibi birçok özel gereksinime sahip farklı 2B malzemeler için uygundur ve çok yönlü cihazlar için ana işlevsel katman görevi görür. Yukarıdan aşağıya yöntemler, katmanlı bir dökme malzeme yapısına sahip malzemeler için uygundur. Malzeme gövdesine harici bir kesme kuvveti uygulanarak, katmanlar arasındaki mesafe, katmanlar arasındaki van der Waals kuvvetini zayıflatmak ve böylece 2B kristalleri soymak için genişletilir. Bu tür bir yöntem genellikle katmanlı 2B malzemeler için uygundur ve ortak özelliği, dökme veya toz malzemelerle başlamak ve birkaç katman veya tek katmanlı 2B malzemeler elde etmek için 2B malzemeleri birden çok katmandan soymak için bazı teknikler kullanmaktır.
Yöntemler temel olarak şunları içerir:
1- Mekanik pul pul dökülme yöntemi
2- Sıvı pul pul dökülme yöntemi
3- Elektrokimyasal pul pul dökülme yöntemi
4- Bilyeli öğütme yöntemi
Aşağıdan yukarıya yöntemler, prensipte çeşitlilikten yararlanan çok çeşitli uygulamalarla iyi uyumluluk gösterir. Esas olarak magnetron püskürtme, kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve ıslak kimyasal yöntemleri içerir. Üretildikten sonra, 2B malzemelerin cihaz oluşturma için birleştirilmesi gerekir. Bu amaçla, üretim süreçlerinden, ıslak transfer, kuru transfer ve vakum transfer ile montaj sürecine aktarılmaları gerekir. Genel olarak, 2B malzemelere dayalı esnek cihazlar, esnek ince film transistörler, güneş pilleri, sensörler ve süper kapasitörlerin uygulamalarında bazı ön ilerlemeler kaydetmiştir. Yazarlar, 2D malzemelerin hem sentezi hem de cihazları için daha temel araştırmaların gerekli olduğunu vurgulayarak incelemelerini sonlandırıyorlar. CVD ile sentezlenmiş grafen, h-BN veya TMD’ler geniş alan ve yüksek tekdüzelikte zaten başarılı olmuştur, ancak kristal kalitesi hala kusurlar ve küçük tane sınırları ile sınırlıdır. Ayrıca, müteakip transfer işlemi genellikle kristal kalitesini bozabilen malzemenin kontaminasyonuna neden olur. Bu, geniş alanlı 2B malzemelerin yüksek kaliteli ve kontaminasyonsuz transfer yöntemiyle kontrol edilebilir sentezini, esnek 2B cihazlar geliştirmenin araştırma önceliği haline getirir.
Ayrıca, farklı fonksiyonel esnek cihazların entegrasyonu, gelecekteki araştırmalar için en zorlu konudur. Şimdilik, transistörler, sensörler, güneş pilleri ve süper kapasitörler gibi işlevsel esnek cihazların çoğu, bireysel cihazlar olarak iyi bir şekilde gösterilmiştir. Bununla birlikte, bu cihazların çapraz çalışması ve tek bir genel cihaza entegrasyonu, pratik uygulamalar için çok önemlidir.
Kaynak:
