Brint kan være nøglen til vækst af grafen af ​​høj kvalitet

En ny tilgang til dyrkning af grafen reducerer i høj grad problemer, der tidligere har plaget forskere, og baner vejen til den krystallinske form for grafits brug i morgendagens sofistikerede elektroniske enheder.

Resultater fra forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory viser, at brint frem for kulstof dikterer grafenkornets form og størrelse, ifølge et team ledet af ORNLs Ivan Vlassiouk, en Eugene Wigner Fellow, og Sergei Smirnov, professor i kemi ved New Mexico State University. Denne forskning er publiceret i ACS Nano .

"Brint initierer ikke kun grafenvæksten, men styrer grafenens form og størrelse, "Sagde Vlassiouk." I vores papir, vi har beskrevet en metode til at dyrke veldefinerede grafenkorn, der har perfekte sekskantede former, der peger på den fejlfri enkeltkrystalstruktur."

I de seneste to år har grafenvækst har involveret nedbrydning af kulstofholdige gasser såsom metan på en kobberfolie under høje temperaturer, den såkaldte kemiske dampaflejringsmetode. Lidt var kendt om den nøjagtige proces, men forskere vidste, at de skulle få en bedre forståelse af vækstmekanismen, før de kunne producere grafenfilm af høj kvalitet.

Indtil nu, dyrkede grafenfilm har bestået af uregelmæssigt formede grafenkorn af forskellig størrelse, som normalt ikke var enkeltkrystaller.

"Vi har vist, at overraskende, det er ikke kun kulstofkilden og substratet, der dikterer væksthastigheden, formen og størrelsen af ​​grafenkornet, " sagde Vlassiouk. "Vi fandt ud af, at brint, som man mente at spillede en ret passiv rolle, er også afgørende for grafenvækst. Det bidrager til både aktiveringen af ​​adsorberede molekyler, der initierer væksten af ​​grafen, og til eliminering af svage bindinger ved kornkanterne, der styrer kvaliteten af ​​grafen."

Ved at bruge deres nye opskrift, Vlassiouk og kolleger har skabt en måde at pålideligt syntetisere grafen i stor skala. Det faktum, at deres teknik tillader dem at kontrollere kornstørrelse og grænser, kan resultere i forbedret funktionalitet af materialet i transistorer, halvledere og potentielt hundredvis af elektroniske enheder.

Implikationerne af denne forskning er betydelige, ifølge Vlassiouk, hvem sagde, "Vores resultater er afgørende for at udvikle en metode til dyrkning af ultra-stor-skala enkelt domæne grafen, der vil udgøre et stort gennembrud i retning af grafen implementering i den virkelige verden enheder."