UH-professor tager næste skridt med grafenforskning

Nobelprisen i fysik i 2010 gik til de to videnskabsmænd, der først isolerede grafen, et atom-tykke krystaller af grafit. Nu, en forsker ved University of Houston Cullen College of Engineering forsøger at udvikle en metode til at masseproducere dette revolutionerende materiale.

Grafen har flere egenskaber, der gør det anderledes end bogstaveligt talt alt andet på Jorden:Det er det første todimensionelle materiale, der nogensinde er udviklet; verdens tyndeste og stærkeste materiale; den bedste varmeleder nogensinde fundet; en langt bedre leder af elektricitet end kobber; det er praktisk talt gennemsigtigt; og er så tæt, at ingen gas kan passere igennem den. Disse egenskaber gør grafen til en game changer for alt fra energilagringsenheder til flade enhedsskærme.

Mest vigtigt, måske, er grafens potentiale som erstatning for silicium i computerchips. Egenskaberne ved grafen ville gøre det muligt for den historiske vækst i computerkraft at fortsætte i årtier fremover.

For at realisere disse fordele, selvom, en måde at skabe rigeligt på, fejlfri grafen skal udvikles. Qingkai Yu, en assisterende forskningsprofessor ved højskolens afdeling for elektro- og computerteknik og universitetets Center for avancerede materialer, udvikler metoder til at masseproducere en sådan højkvalitets grafen.

Yu bruger en teknologi kendt som kemisk dampaflejring. Under denne proces, han opvarmer metan til omkring 1000 grader Celsius, nedbryder gassen til dens byggesten af ​​kulstof- og brintatomer. Kulstofatomerne binder sig derefter til en metallisk overflade for at danne grafen.

"Denne tilgang kunne producere billige, højkvalitets grafen i stor skala, " sagde Yu.

Yu demonstrerede første gang levedygtigheden af ​​kemisk dampaflejring til grafenfremstilling for to år siden i et papir i tidsskriftet Applied Physics Letters. Han har siden arbejdet videre med at perfektionere denne metode.

Yus indledende forskning ville ofte resultere i flere lag grafen stablet sammen på en nikkeloverflade. Han opdagede efterfølgende effektiviteten af ​​kobber til fremstilling af grafen. Kobber er siden blevet adopteret af grafenforskere verden over.

Yus arbejde er ikke færdigt. De enkelte lag af grafen, han nu er i stand til at skabe, er dannet af flere grafenkrystaller, der går sammen, mens de vokser. De steder, hvor disse krystaller kombineres, kendt som korngrænserne, er defekter, der begrænser anvendeligheden af ​​grafen, især som erstatning for siliciumbaserede computerchips.

Yu forsøger at skabe store lag af grafen, der dannes ud af en enkelt krystal.

"Du kan forestille dig, hvor vigtig denne slags grafen er, " sagde Yu. "Halvledere blev en industri på flere milliarder dollar baseret på enkeltkrystal silicium, og grafen kaldes post-silicium-æraens materiale. Så enkelt-krystal grafen er den hellige gral for den næste tidsalder af halvledere."