Ahmadian, Mehdi;Jafari, Kian;Sharifi, Mohammad Javad
ETRI Journal
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v.40
no.6
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pp.794-801
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2018
This paper proposes a novel graphene-based optical microelectromechanical systems MEMS accelerometer that is dependent on the intensity modulation and optical properties of graphene. The designed sensing system includes a multilayer graphene finger, a laser diode (LD) light source, a photodiode, and integrated optical waveguides. The proposed accelerometer provides several advantages, such as negligible cross-axis sensitivity, appropriate linearity behavior in the operation range, a relatively broad measurement range, and a significantly wider bandwidth when compared with other important contributions in the literature. Furthermore, the functional characteristics of the proposed device are designed analytically, and are then confirmed using numerical methods. Based on the simulation results, the functional characteristics are as follows: a mechanical sensitivity of 1,019 nm/g, an optical sensitivity of 145.7 %/g, a resonance frequency of 15,553 Hz, a bandwidth of 7 kHz, and a measurement range of ${\pm}10g$. Owing to the obtained functional characteristics, the proposed device is suitable for several applications in which high sensitivity and wide bandwidth are required simultaneously.
Graphene is a monolayer carbon material which consists of $sp^2$ bonding between carbon atoms. Its excellent intrinsic properties allow graphene to be used in various research fields. Many researchers believe that graphene is suitable for electronic device materials due to its high electrical conductivity and carrier mobility. Through chemical doping, n- or p-type graphene can be obtained, and consequently graphene-based devices which have more comparable structure to common semiconductor-based devices can be fabricated. In our research, we introduced the dielectrophoresis process to the chemical doping step in order to improve the effect of chemical doping of graphene selectively. Under 10 kHz and $5V_{pp}$ (peak-to-peak voltage), doping was conducted and the Au nanoparticles were effectively formed, as well as aligned along the edges of graphene. Effects of the selective chemical doping on graphene were investigated through Raman spectroscopy and the change of its electrical properties were explored. We proposed the method to enhance the doping effect in local region of a graphene layer.
Recently, graphene has attracted considerable attention owing to its unique electrical, optical, thermal, and mechanical properties. The broad spectrum of applications from optics, sensors, and electronics to biodevice have been proposed based on these properties. In particular, graphene has been proposed as a protective coating layer and solid lubricant for microdevices and nanodevices because of its high mechanical strength, chemical inertness, and low friction characteristics. During the past decade, extensive efforts have been made to explore the tribological characteristics of graphene under various conditions and to expand its applicability. In addition to the experimental approaches, the molecular simulations performed provide fundamental insights into the friction and wear characteristics of graphene resulting from molecular interactions. This work is a review of the studies conducted over the past decade on the tribological characteristics of graphene using molecular simulation. These studies demonstrate the principal mechanisms of the superlubricity of graphene and help clarify the influences of surface conditions on tribological behavior. In particular, the investigation of the effects of the number of layers, strength of adhesion to the substrate, surface roughness, and commensurability provides deeper insights into the tribological characteristics of graphene. These fundamental understandings can help elucidate the feasibility of graphene as a protective coating layer and solid lubricant for microdevices and nanodevices.
A graphene/waterborne polyurethane (WPU) nano composite was prepared by in-situ polymerization of PU and graphene having isocyanate (iGO) group in order to improve physicochemical/electrical characteristics. The properties of the graphene/WPU nanocomposite can effectively be enhanced as compared pristine WPU; up to 57% of tensile strength and $10^2$ fold of electrical conductivity with introduction of 2 wt% graphene. In addition, mechanical/electrical properties of the graphene/WPU nanocompsite were higher than those of graphene/WPU composite prepared by a simple physical blend method. It might attribute to homogeneous dispersion of iGO in the WPU matrix via covalent bonds and hydrogen bonds between WPU and iGO from the results of morphological analysis by scanning electron microscopy (SEM).
The thermoelectric effect, which converts waste heat into electricity, holds promise as a renewable energy technology. Recently, bismuth telluride (Bi2Te3)-based alloys are being recognized as important materials for practical applications in the temperature range from room temperature to 500 K. However, conventional sintering processes impose limitations on shape-changeable and tailorable Bi2Te3 materials. To overcome these issues, three-dimensional (3D) printing (additive manufacturing) is being adopted. Although some research results have been reported, relatively few studies on 3D printed thermoelectric materials are being carried out. In this study, we utilize extrusion 3D printing to manufacture n-type Bi1.7Sb0.3Te3 (N-BST). The ink is produced without using organic binders, which could negatively influence its thermoelectric properties. Furthermore, we introduce graphene oxide (GO) at the crystal interface to enhance the electrical properties. The formed N-BST composites exhibit significantly improved electrical conductivity and a higher Seebeck coefficient as the GO content increases. Therefore, we propose that the combination of the extrusion 3D printing process (Direct Ink Writing, DIW) and the incorporation of GO into N-BST offers a convenient and effective approach for achieving higher thermoelectric efficiency.
A polyaniline-gold composite was prepared via the polymerization of aniline hydrochloride with or without water-soluble graphite oxide using auric acid as an oxidant. The reaction products were characterized using Xray photoelectron spectroscopy. The thermal stability and embedded crystallinity of the composites were also investigated using thermogravimetric and X-ray diffraction analyses. The electrical properties of the composites were examined using cyclic voltammetric measurements at room temperature and temperature-dependent DC conductivity within 300-500 K. Compared to pure graphene oxide and polyaniline-gold composite, the polyaniline-gold-graphene composite exhibited higher crystallinity and thermal stability, and higher current density response under equivalent conditions.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.198-198
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2012
Graphene has been the subject of intense study in recent years owing to its good optoelectronic properties, possibility for stretchable electronics, and so on. Especially, many research groups have studied about graphene nanostructures with various sizes and shapes. Graphene needs to be fabricated into useful devices with controllable electrical properties for its successful device applications. However, this been far from satisfaction owing to a lack of reliable pattern transfer techniques. Photolithography, nanowire etching, and electron beam lithography methods are commonly used for construction of graphene patterns, but those techniques have limitations for getting controllable GNRs. We have developed a novel nanoscale pattern transfer technique based on an electro-hydrodynamic lithography providing highly scalable versatile pattern transfer technique viable for industrial applications. This technique was exploited to fabricate nanoscale patterned graphene structures in a predetermined shape on a substrate. FE-SEM, AFM, and Raman microscopy were used to characterize the patterned graphene structures. This technique may present a very reliable high resolution pattern transfer technique suitable for graphene device applications and can be extended to other inorganic materials.
Carbon-based nanoplatelets such as graphene oxide (GO) sheets and graphite nanoplatelets (GNPs) are frequently used as conductive nanofillers for polymer nanocomposites. In this study, polystyrene (PS)/GO and PS/GNP nanocomposites were prepared through a latex technology and investigated to compare the effect of nanofillers on rheological and electrical properties of the PS nanocomposites. PS particles were prepared by emulsifier-free emulsion polymerization and GO was synthesized by using the modified Hummers' method from graphite. Hydrophilic GO was dispersed in aqueous PS suspension, but hydrophobic GNPs were dispersed with the help of a surfactant. In comparison with PS/GO nanocomposites, the rheological properties of PS/GNP counterparts were not too high because GNP existed in aggregates of graphene layers. Conducting pathways of PS/GO and PS/GNP nanocomposites were achieved at the electrical percolation threshold of 0.50 and 5.82 wt%, respectively. The reason for enhanced electrical conductivity in PS/GO nanocomposites is that GO was thermally reduced during molding.
Recently, with continuous developments in the field of materials science, graphene oxide (GO) has emerged as a promising material with excellent electrical, thermal, mechanical, and optical properties, which play important roles in most fields. Researchers have achieved considerable progress with graphene. Chitosan (CS) is a natural polymer that has been studied intensively owing to its specific formation, high chemical resistance, and excellent physical properties. These outstanding properties have led to its universal use in applications such as textile fabrics, tissue engineering, medicine and health, coatings, and paints. By combining the advantages of GO and CS, different types of promising materials can be obtained. This review discusses the preparation of GO-CS fibers, hydrogel and aerogel, and the applications of GO-CS nanocomposites. In addition, directions for future research on graphene material composites are discussed.
Kim, Sung Man;Walker, Bright;Seo, Jung Hwa;Kang, Seong Jun
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.441-441
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2014
The characteristics of hybrid conductive films based on multilayer graphene and silver grid have been investigated for the high-performance and flexible organic solar cells. The hybrid conductive films have been prepared on glass and polyethylene terephthalate (PET) substrates using conventional photolithography process and transfer process of graphene. The optical and electrical properties of prepared conductive films show transmittance of 87% at 550nm and sheet resistance of $28{\Omega}/square$. The electromechanical properties were also investigated in detail to confirm the flexibility of the hybrid films. OSCs have been fabricated on the hybrid conductive films based on graphene and silver grid on glass substrate. The power conversion efficiency of 2.38%, a fill factor of 51%, an open circuit voltage of 0.58V and a short circuit current of $8.05mA/cm^2$ were obtained from the device on glass substrate. The PCE was enhanced 11% compared with OSCs on the MLG films without silver grid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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