LASTING
Laser transfer of graphene sheets for the fabrication of sensors: process optimization via time-resolved imaging
01 / ABOUT
Project code: PN-III-P1-1.1-TE-2019-1093
Contract no.: TE 116
Domain: PE8_8 - Materials engineering (biomaterials, metals, ceramics, polymers, composites, etc.)
PE7_4 - (Micro- and nano-) systems engineering
Abstract:
In recent years there has been a growing interest for two-dimensional nanomaterials such as graphene, for applications in the electronic and optoelectronic industries. Graphene has many advantages; however, its main disadvantage for application in devices remains the need to use special growth / synthesis and handling conditions.
In the field of sensors, most of the research work is focused on reducing the size of the sensors and identifying and quantifying several species. Also, fast response, minimum hardware requirement, good reversibility, sensitivity and selectivity are also qualities of an excellent sensor. The main problem related to the new generation of miniaturized sensors is the complexity of the manufacturing processes, i.e. the integration of many functions on the same device through a single manufacturing process.
Thus, the LASTING project “Laser transfer of graphene sheets for the fabrication of sensors: process optimization via time-resolved imaging” has as main objective the optimization of the laser induced forward transfer process (LIFT) by imaging techniques (shadowgraphy) that allows the deposition of two-dimensional atomic layers of graphene with high spatial resolution for the subsequent realization of sensors.
OBJECTIVES OF THE PROJECT:
The specific project objectives are:
1. Demonstrate the feasibility of LIFT for the deposition of graphene sheets;
2. Demonstrate the underlying mechanism of graphene sheets - laser interaction by
shadowgraphy imaging;
3. Direct-write by LIFT of one graphene layer, for the fabrication of a gas sensor (proof-of-concept - for the detection of one gas, eg. ammonia or ethanol).
ESTIMATED RESULTS:
1. Transfer of a single graphene layer onto a sensor structure.
2. Understanding the laser transfer process of a single graphene layer.
3. Fabricating a sensor with one graphene layer transferred by LIFT for the detection of ammonia or ethanol.
4. Increase of the Romanian research visibility though the participation at international conferences and workshops and publication of 2 ISI papers.
5. New research specific services (see www.erris.ro).
Beggining of the contract: 01/09/2021
End of the contractului: 31/08/2023
Project duration: 24 months
Total amount from UEFISCDI budget: 431.900,00 RON
Total amount of the contract: 431.900,00 RON
DISSEMINATION AND REPORTING
2021
Laser induced forward transfer of bidimensional graphene layers
2022
In situ visualization of the bidimensional layer laser transfer proess via time resolved imaging
2023
Example of a sensor with a graphene bidimensional active layer transferred by LIFT
DISSEMINATION
PAPERS
1. "High-Sensitivity Ammonia Sensors with Carbon Nanowall Active Material via Laser-Induced Transfer", A. Palla-Papavlu, S. Vizireanu, M. Filipescu, T. Lippert, Nanomaterials 12(16), 2022
2. "Fabrication of hybrid electrodes by laser-induced forward transfer for
the detection of Cu2+ ions" A. Bonciu, F. Andrei, A. Palla-Papavlu, Materials 16, 1744, 2023
PATENT REQUEST
Un brevet cu titlul „SENZOR REZISTIV PENTRU DETECȚIA AMONIACULUI CU MATERIAL SENSIBIL PE BAZĂ DE GRAFENĂ ȘI PROCEDEU DE OBȚINERE A ACESTUIA”, inventatori: Alexandra Palla-Papavlu, Mihaela Filipescu, Simona Brajnicov a fost înregistrat la OSIM A/00474 din 29.08.2023
CONFERENCES
2022
1. "Simulated Interaction of ns-UV Radiation with a Polymer Dynamic Release Layer in Laser-Induced Forward Transfer", autori: M. O. Cernaianu, P. Ghenuche, T. Lippert, A. Palla-Papavlu
Prezentare orala la International Conference on Laser, Plasma and Radiation Science and Technology, Bucharest 6-10 iunie 2022 (June 7th 2022, on-site conference)
2. "Fabrication of sensors based on graphene via laser direct transfer", autori: M. Filipescu, A. Bonciu, S. Brajnicov, A. Palla-Papavlu A.
Prezentare orala la 19 th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN22) 5-8 Iulie 2022, Salonic, Grecia, miercuri, 6 iulie 2022, 17:30-17:45
3. "Modeling laser – dynamic release layer interactions in laser induced forward transfer", autori: M. O. Cernaianu, P. Ghenuche, T. Lippert, A. Palla-Papavlu
Prezentare orala la 19 th International Conference on Nanosciences & Nanotechnologies (NN22) 5-8 Iulie 2022, Salonic, Grecia, miercuri, 6 iulie 2022, 16:00-16:15
2023
4. „Laser-Material Printing for gas Detector Applications” (SW4P.1), Alexandra Palla-Papavlu prezentare INVITATA la conferința CLEO, 7-12 Mai 2023, San Jose McEnery Convention Center, San Jose, California, USA
Datele prezentării: 10 mai, 4:00 PM - 4:30 PM
Titlul sesiunii: Light-matter Interactions: Applications
5. „Laser-printing of carbon-based materials for sensor fabrication”, Alexandra Palla-Papavlu prezentare INVITATA la conferința XXVI AIV 7-10 noiembrie 2023, Roma, Italia,
Titlul sesiunii: “Surface Engineering: thin films and nano materials” (Chairs: M. Rocca, P.M. Ossi)
6. „Chemoresistive gas sensor fabrication by laser direct transfer”, autori: A.F. Bonciu, M. Filipescu, A. Bercea, A. Palla-Papavlu prezentare POSTER la EMRS SPRING, Strasburg, Franța
Titlul sesiunii: Simpozion C, Joi 1 iunie, C_P02: 4.30 p.m - 6.30 p.m
7. "Investigation of laser-polymer film interactions by time-resolved imaging", autori: A.F. Bonciu, M.O. Cernaianu, P. Ghenuche, T. Lippert, A. Palla-Papavlu prezentare POSTER la 3rd International Conference on Bioengineering and Polymer Science Bucharest, ROMANIA - June 7-11, 2023
Results
În prezent, există un interes crescut în cercetarea nanomaterialelor bidimensionale ultra-subțiri (2D), i.e., materiale care pot fi văzute ca planuri individuale cu grosime atomică, pentru aplicații în industria electronică și optoelectronică. Aceste materiale sunt foarte diferite de forma lor obișnuită „bulk” și au numeroase avantaje, cum ar fi un grad ridicat de anizotropie pentru grosimi la scară nano, etc. Cu toate acestea, dezavantajele acestor nanomateriale sunt legate de dimensionalitatea redusă, care ar putea afecta transferul de căldură și de sarcină electrică. De exemplu, grafena, care este formată dintr-un aranjament bidimensional de atomi de carbon dispuși într-o rețea hexagonală, a fost obiectul unor cercetări extinse în ultimii ani, datorită proprietăților sale fizice și chimice unice.
În domeniul senzorilor, majoritatea cercetărilor sunt concentrate pe reducerea dimensiunii senzorilor și pe identificarea și cuantificarea mai multor analiți. De asemenea, un senzor cu performanțe ridicate trebuie să aibă un răspuns rapid, cerințe minime de echipament, o reversibilitate bună, sensibilitate și selectivitate.
Provocarea fabricarii de senzori cu dimensiuni reduse si performante ridicate o reprezinta complexitatea fabricației, adică integrarea mai multor funcții pe același dispozitiv prin intermediul unui proces unic. Mai mult, dacă ne imaginăm integrarea câtorva foițe de grafenă în fabricarea unei generații noi și îmbunătățite de senzori, problema devine și mai provocatoare. Grafena, datorită dimensionalităților reduse și a comportamentului/proprietăților interesante, necesită condiții speciale de creștere/sinteza și manipulare.
Abordarea proiectului LASTING constă în folosirea tehnicii transfer laser indus înainte care permite imprimarea unui pixel din foi de grafenă, cu o rezoluție spațială ridicată, astfel încât să se asigure realizarea unui senzor pentru detecția de amoniac, rapid și într-un singur pas.
TEAM
Dr. Alexandra Palla-Papavlu - CS 2, Project director
Dr. Mihaela Filipescu - CS1
Dr. Cristian Viespe - CS1
Drd. Anca Bonciu - ACS
MSc. Eduard Sirjita - ACS
CONTACT
alexandrapalla@yahoo,co.uk
Tel: 021.457.44.14
Strada Atomistilor nr. 409
Magurele
Romania