Logo: to the web site of Uppsala University

uu.sePublications from Uppsala University
Operational message
There are currently operational disruptions. Troubleshooting is in progress.
EnglishSvenskaNorsk
Change search
ExportLink to record
Permanent link

Direct link
BETA

Project

Project type/Form of grant
Project grant
Title [sv]
De tunnaste och hög resilianta elektroder för säkra och flexibla elektroniska system
Title [en]
Thinnest and highly resilient electrodes for safe flexible electronic systems
Abstract [sv]
Elektronik är själva grunden för det moderna samhällets tillväxt och hållbarhet. Vi befinner oss i ett aldrig tidigare skådat ögonblick av framsteg inom internet of things (IoT) och medicinsk teknik för sjukvård, välbefinnande och infrastruktur. Tillämpningar som elektronisk hud underlättar realtidsövervakning av blodsyrekoncentration, potentiella hälsoproblem, spårning av UV-strålnings och andra fascinerande möjligheter som kontaktlins med flexibla kretsar. Dessa applikationer består av viktiga komponenter som kondensatorer, batterier, solceller, elektroniska kretsar och antenner. Då behovet av autonoma avkännings- och maskininlärningsapplikationer växer, förväntas det att den flexibla elektronikmarknaden kommer att överstiga 80 miljarder dollar. Flexibla sensorer har en enorm potential inom internet of things (IoT) för datainsamling i realtid i bärbara enheter samt för mer effektivt supply chain management till följd av förbättrad förpackningsmaterial. Byggmaterial för smarta byggnader och automatisk kontroll av miljöförhållanden tack vare flexibla sensorer kan också öka energi effektivitet. Dessa applikationer förväntas göra omvälvande framsteg inom hälsa, säkerhet och livskvalitet. Centralt för alla flexibla elektroniska applikationer är flexibla elektroder. De är nyckeln för att skapa i stort sett alla flexibla komponenter . Konventionella byggmaterial som bly som används i kretskort samt kobolt och nickel i litiumjonbatterier är hälsofarliga och skapar osäkra arbetsplatser, särskilt för barnarbetare som hantera dessa varor. Dessutom frigör dessa tjocka filmer nanopartiklar från polykristallina filmer vid böjning, och produktionsprocessen innefattar bearbetning med organiska kemikalier som perfluoroktansyra, trikloretylen, bensen, med mera. De viktigaste frågorna idag här är kan vi förverkliga säker och motståndskraftig flexibel elektronik? Och kan vi minska eller helt eliminera processen med dessa giftiga kemikalier? För att lösa dessa utmaningar strävar vi efter att skapa atomärt tunna flexibla material för säkra elektroniska och energisystem.  I vårt projekt ska vi använda oss av grafen och grafen liknande atomärt tunna material, gjord av beståndsdelar som finns i riklig mängd i naturen som  kol , bor och kväve . _ Vi strävar efter att uppnå tre huvudmål:Att skapa grafen av hög kvalitet elektroder på flexibla elektroder genom värme- och tryckassisterad överföringFör att skapa nya enheter gjord av flera lager av atomärt tunna materialAtt testa enheternas tillförlitlighet och möjlighet till att produceras i storskala, och utveckla innovativa metoder för att odla dem med kemiska ångdeponeringsmetoder.För att uppnå dessa mål kommer vi att använda våra moderna syntes-, tillverknings-, karakteriserings- och mätteknik vid Ångströmlaboratoriet, där detta projekt kommer att genomföras. Att uppnå dessa mål skapar en stabil vetenskaplig grund för atomärt tunna elektroder för flertaliga flexibla elektroniska sensorer och kretsar.
Abstract [en]
With the unprecedented advancements in the internet of things (IoT) for infrastructure and medical technologies for healthcare and wellness, the number of IoT sensors will likely surpass 1 trillion by 2050. Here, flexible sensors have tremendous potential in IoT for real-time health monitoring wearable devices, packaging materials to improve supply chain management, and building materials (walls, floors) for intelligent buildings with automatic environmental conditions for energy efficiency. With this growing need for autonomous-intelligent sensing with machine learning, the flexible electronics market can surpass 70 B$. Flexible electrodes are central to all flexible electronic applications and vital for creating all flexible components, such as solar cells, batteries, capacitors, antennas, logic, and sensing circuits. However, usual materials, such as metal or indium tin oxide films, are not only thick, rigid, and brittle. They also involve rare or toxic metals and hazardous means of processing, isolation, and recycling. In this project, at the Ångström laboratory, we will employ atomically thin sustainable materials of naturally occurring abundant materials like graphene and other graphene-like materials to realize flexible electrodes through novel dry lamination techniques and efficient micro-3D printing techniques, which will pave the way for eco-friendly flexible electrodes for electronic and energy systems.
Publications (1 of 1) Show all publications
Belotcerkovtceva, D., Datt, G., Nameirakpam, H., Aitkulova, A., Suntornwipat, N., Majdi, S., . . . Kamalakar, M. V. (2025). Extreme Current Density and Breakdown Mechanism in Graphene on Diamond Substrate. Carbon, 237, Article ID 120108.
Open this publication in new window or tab >>Extreme Current Density and Breakdown Mechanism in Graphene on Diamond Substrate
Show others...
2025 (English)In: Carbon, ISSN 0008-6223, E-ISSN 1873-3891, Vol. 237, article id 120108Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

The high current-carrying capacity of graphene is essential for its use as an interconnect in electronic and spintronic circuits. At the same time, knowing the breakdown limits and mechanism under high fields can enable new device design strategies. In this work, we push the current carrying capacity of the scalable form of chemical vapor deposited (CVD) graphene employing a high-thermal conducting single crystalline diamond substrate. Our experiments on CVD graphene reveal extremely high current densities > 109 A/cm2 in graphene on the diamond with both ohmic (low-resistive) and tunneling tunnel (high-resistive) contacts. Measurements on ferromagnetic (TiOx/Co) and metallic (Ti/Au) contacts demonstrate current densities of ∼1.16×109 A/cm2 and ∼1.7×109 A/cm2, respectively. The tunnel (high-resistive) contacts exhibit a shunting of graphene under high currents via the bottom graphitized diamond, resulting in dielectric breakdown and via alternative conducting paths. Electrical measurements show a distinct threshold for conducting paths of graphitized diamond, in tune accordance with Middleton-Wingreen's theory. Our results of high current densities achieved in CVD graphene, with distinct dependence on ohmic and tunneling, contact resistance, and the observed breakdown mechanism, provide new insights for enabling high-current all carbon circuits.
Place, publisher, year, edition, pages
Elsevier, 2025
Keywords
CVD Graphene, diamond, high current carrying capacity, fractal pattern
National Category
Condensed Matter Physics
Identifiers
urn:nbn:se:uu:diva-550657 (URN)10.1016/j.carbon.2025.120108 (DOI)001460969300001 ()2-s2.0-85218100128 (Scopus ID)
Funder
EU, European Research Council, 101002772Olle Engkvists stiftelse, 200–0602Swedish Energy Agency, 48698-1Swedish Energy Agency, 48591-1Swedish Research Council, 2021-05932Swedish Research Council, 22-04186-5Swedish Research Council Formas, 2019-01326Swedish Research Council Formas, 2023-01607Knut and Alice Wallenberg Foundation, 2022.0079
Available from: 2025-02-17 Created: 2025-02-17 Last updated: 2025-11-20Bibliographically approved
Lindblad, Andreas
Principal InvestigatorMutta, Venkata
Edvinsson, Tomas
Coordinating organisation
Uppsala University
Funder
Period
2024-01-01 － 2026-12-31
National Category
Composite Science and EngineeringManufacturing, Surface and Joining Technology
Identifiers
DiVA, id: project:8983Project, id: 2023-01607_Formas
v. 2.47.0
|
WCAG
|
Uppsala University Library
|
Ask the Library
|
Log in to DiVA
|
Search and link in DiVA