レーザー炭化 - パターン化された電子炭素の微小発射のための強力なツール

自然の再生可能リソースから電子機器を製造することは、工学および材料科学の共通の目標です。この点で、炭素は、その生体適合性と電気伝導率と電気化学的安定性を組み合わせて特別に重要です。ただし、マイクロエレクトロニクスでは、カーボンのデバイスアプリケーションは、退屈で高価な準備プロセスと処理および材料パラメーターの制御の欠如によって阻害されることがよくあります。レーザー支援炭化は、柔軟なデバイスアプリケーション向けの機能的な炭素ベースの材料の正確かつ選択的合成のためのツールとして浮上しています。農場内熱分解を介した従来の炭化とは対照的に、レーザー炭化は光 - 標準的に誘導され、ミリ秒のタイムスケールで発生します。前駆体とプロセスパラメーターを慎重に選択することにより、多孔性、表面極性、官能基、グラフィット化の程度、チャージキャリア構造など、このいわゆるレーザーパターン炭素（LP-C）の特性を調整できます。。この重要なレビューでは、一般的な炭化戦略、レーザー誘導材料処理の基礎、およびセンサー、電気触媒、エネルギー貯蔵、またはアンテナの電極などの柔軟な電子アプリケーションのコンテキストで、レーザー炭化について共通の視点が生成されます。この新たな技術を炭素ベースのマイクロファブリケーションのより広いコンテキストで最適に配置できるように、材料の処理とアプリケーションの側面に平等に重点を置く試みがなされています。

Fabricating electronic devices from natural, renewable resources is a common goal in engineering and materials science. In this regard, carbon is of special significance due to its biocompatibility combined with electrical conductivity and electrochemical stability. In microelectronics, however, carbon's device application is often inhibited by tedious and expensive preparation processes and a lack of control over processing and material parameters. Laser-assisted carbonization is emerging as a tool for the precise and selective synthesis of functional carbon-based materials for flexible device applications. In contrast to conventional carbonization via in-furnace pyrolysis, laser-carbonization is induced photo-thermally and occurs on the time-scale of milliseconds. By careful selection of the precursors and process parameters, the properties of this so-called laser-patterned carbon (LP-C) such as porosity, surface polarity, functional groups, degree of graphitization, charge-carrier structure, etc. can be tuned. In this critical review, a common perspective is generated on laser-carbonization in the context of general carbonization strategies, fundamentals of laser-induced materials processing, and flexible electronic applications, like electrodes for sensors, electrocatalysts, energy storage, or antennas. An attempt is made to have equal emphasis on material processing and application aspects such that this emerging technology can be optimally positioned in the broader context of carbon-based microfabrication.