Sukker og skiver gør grafen rigtig godt

Fremtidige computere kører måske lidt sødere, takket være en forfining i fremstillingen af ​​grafen ved Rice University.

Risforskere har lært at lave uberørte ark af grafen, den ene atom-tykke form af kulstof, fra almindeligt bordsukker og andre kulstofbaserede stoffer. De gør det i en et-trins proces ved temperaturer, der er lave nok til at gøre grafen let at fremstille.

Rice -kemikeren James Tours laboratorium rapporterede i onlineversionen af ​​tidsskriftet Natur i denne uge det store område, grafen af ​​høj kvalitet kan dyrkes fra en række kulkilder ved temperaturer så lave som 800 grader Celsius (1, 472 F). Så varmt som det kan virke, forskellen mellem at køre en ovn på 800 og 1, 000 grader Celsius er signifikant, Tour sagde.

"Ved 800 grader, det underliggende silicium forbliver aktivt for elektronik, derimod ved 1, 000 grader, det mister sine kritiske dopemidler, sagde Tour, Rices T.T. og W.F. Chao -stol i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og datalogi.

Zhengzong Sun, en fjerdeårs kandidatstuderende i Tour's lab og hovedforfatter af papiret, fandt ud af, at deponering af kulstofrige kilder på kobber- og nikkelsubstrater producerede grafen i enhver form, han ønskede:enkelt-, bi- eller flerlagsark, der kan være yderst nyttige i en række applikationer.

Sun og hans kolleger fandt også, at processen let tilpasser sig til at producere dopet grafen; dette tillader manipulation af materialets elektroniske og optiske egenskaber, hvilket er vigtigt for at lave switch- og logiske enheder.

For uberørt grafen, Solen startede med en tynd film af poly (methylmethacrylat) (PMMA) - måske bedst kendt i sin kommercielle forklædning som plexiglas - spundet på et kobbersubstrat, der fungerede som en katalysator. Under varme og lavt tryk, strømning af hydrogen og argongas over PMMA i 10 minutter reducerede den til rent kulstof og gjorde filmen til et enkelt lag grafen. Ændring af gasstrømningshastigheden tillod ham at kontrollere tykkelsen af ​​det PMMA-afledte grafen.

Så blev det mere interessant, Sagde Sun. Han vendte sig til andre kulstofkilder, herunder et fint pulver af saccharose - alias bordsukker. "Vi syntes, det ville være interessant at prøve det her, "Solen sagde." Mens andre laboratorier ændrede metalkatalysatorerne, Vi prøvede at ændre kulstofkilderne. "

Sun lagde 10 milligram sukker (og senere fluoren) på et kvadratcentimeter ark kobberfolie og udsatte det for de samme reaktorbetingelser som PMMA. Det blev hurtigt omdannet til et-lags grafen. Sun havde forventet fejl i det endelige produkt, givet begge stoffers kemiske egenskaber (en høj iltkoncentration i saccharose, fematomringe i fluoren); men han fandt ud af, at potentielle topologiske defekter ville helbrede sig selv, når grafen dannede sig.

"Da vi så dybere og dybere ind i processen, vi fandt ud af, at det ikke kun var interessant, men nyttigt, "Sagde Sun.

Han forsøgte og undlod at dyrke grafen på silicium og siliciumoxid, hvilket øgede muligheden for at dyrke mønstret grafen fra en tynd film af formet kobber eller nikkel afsat på siliciumskiver.

Dopet grafen åbner flere muligheder for elektronikbrug, Tour sagde, og Sun fandt det ret enkelt at lave. Startende med PMMA blandet med et dopingreagens, melamin, han opdagede, at gennemstrømning af gassen under atmosfærisk tryk producerede nitrogendoperet grafen. Uberørt grafen har ingen båndgap, men dopet grafen tillader kontrol af den elektriske struktur, hvilket teamet beviste ved at bygge felt-effekt-transistorer.

"Hver dag, væksten af ​​grafen på silicium nærmer sig beredskab på industrielt niveau, og dette arbejde tager det et vigtigt skridt videre, "Sagde Tour.