p Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign desenvolveram uma nova abordagem para formar formas 3D planas, Folhas 2D de grafeno, pavimentando o caminho para futuros sistemas integrados de dispositivos híbridos de grafeno-MEMS e eletrônicos flexíveis. p "Para o melhor de nosso conhecimento, este estudo é o primeiro a demonstrar a integração do grafeno a uma variedade de diferentes geometrias microestruturadas, incluindo pirâmides, pilares, cúpulas, pirâmides invertidas, e a integração 3D de nanopartículas de ouro (AuNPs) / estruturas híbridas de grafeno, "explicou SungWoo Nam, professor assistente de ciência mecânica e engenharia em Illinois. "A flexibilidade e a natureza 3D de nossas estruturas permitirão dispositivos de biossensores íntimos que podem ser conformados com a forma e as características da pele humana e outros sistemas biológicos. As microestruturas salientes 3D também podem atingir sensibilidade aprimorada, maximizando a área de contato eficaz entre os sensores e superfícies não planas.

p "Também esperamos que nossa nova abordagem de integração 3D facilite classes avançadas de dispositivos híbridos entre sistemas microeletromecânicos (MEMS) e materiais 2D para detecção e atuação."

p Grafeno, uma rede em favo de mel bidimensional de átomos de carbono ligados a sp2, tem sido amplamente estudado devido à sua alta mobilidade de portadores, inércia química, e biocompatibilidade. A data, vários métodos relatados de transferência de grafeno foram principalmente limitados a superfícies planas ou curvilíneas devido aos desafios associados a fraturas de tensão local durante a transferência para superfícies microestruturadas 3D.

p "Nosso método utiliza transferência úmida e engenharia de substrato adaptativa, fornecendo várias vantagens importantes sobre outros métodos de fabricação / integração de grafeno 3D, "declarou Jonghyun Choi, um estudante de pós-graduação no grupo de pesquisa do Nam e primeiro autor do artigo, "Integração tridimensional do grafeno via intumescimento, Encolhendo, e adaptação, "aparecendo em Nano Letras . "Nossos resultados demonstram um simples, versátil, e método escalonável para integrar o grafeno com geometrias 3D com várias morfologias e dimensões. Esses recursos 3D não são apenas maiores do que os relatados em trabalhos anteriores, mas também demonstramos a uniformidade e a natureza livre de danos do grafeno integrado em torno dos recursos 3D. "

p A abordagem robusta dos pesquisadores para integrar o grafeno em superfícies microestruturadas 3D mantém a integridade estrutural do grafeno, onde as dimensões fora do plano dos recursos 3D variam de 3,5 a 50 μm. O processo incorpora três etapas sequenciais:1) intumescimento do substrato usando um solvente que 2) encolhe durante o processo de evaporação, permitindo que o grafeno 3) se adapte, ou se conformar à forma de um substrato preparado, para alcançar o livre de danos, integração de grande área de grafeno em microestruturas 3D.

p "Nosso inchaço, encolhendo, e as etapas de adaptação são otimizadas para minimizar o grau de suspensão de grafeno em torno das microestruturas 3D e facilitar a integração 3D bem-sucedida, "Acrescentou Nam." Nós controlamos a quantidade de intumescimento do substrato ajustando o tempo de imersão em solvente orgânico e as proporções de mistura de monômero e agente de cura do substrato de polidimetilsiloxano (PDMS). "

p Microscopia eletrônica de varredura detalhada, força atômica microscópica, Espectroscopia Raman, e estudos de medição de resistência elétrica mostram que a quantidade de intumescimento do substrato, bem como a rigidez flexural do filme de transferência, afetam o rendimento de integração e a qualidade do grafeno integrado. Para demonstrar a versatilidade de sua abordagem, os pesquisadores aplicaram o processo a uma variedade de geometrias microestruturadas 3D, bem como a integração de estruturas híbridas de grafeno decoradas com nanopartículas de ouro em substratos de microestrutura 3D, demonstrar a compatibilidade do método de integração com outros nanomateriais híbridos.