Ruter mod fejlfri grafen

En ny måde at dyrke grafen på uden de defekter, der svækker det og forhindrer elektroner i at flyde frit inden i det, kunne åbne vejen for storskala fremstilling af grafenbaserede enheder med applikationer inden for områder som elektronik, energi, og sundhedsvæsen.

Et hold ledet af videnskabsmænd fra Oxford University har overvundet et nøgleproblem med at dyrke grafen - et et atom-tykt kulstoflag - ved brug af en etableret teknik kaldet kemisk dampaflejring, at de små flager af grafen dannes med tilfældige orienteringer, efterlader defekter eller 'sømme' mellem flager, der vokser sammen.

Opdagelsen, rapporteret i et papir, der skal offentliggøres i ACS Nano , afslører, hvordan disse grafen flager, kendt som 'domæner', kan opstilles ved at manipulere justeringen af ​​carbonatomer på en relativt billig kobberfolie – kobberoverfladens atomare struktur fungerer som en 'guide', der styrer orienteringen af ​​de carbonatomer, der vokser oven på dem.

En kombination af kontrol af denne kobberstyr og trykket påført under vækst gør det muligt at kontrollere tykkelsen af ​​disse domæner, geometrien af ​​deres kanter og korngrænserne, hvor de mødes – 'sømme', der fungerer som hindringer for den jævne fremgang af elektroner, der er nødvendige for at skabe effektive grafenbaserede elektriske og elektroniske enheder.

'Nuværende metoder til dyrkning af flager af grafen lider ofte af, at grafendomæner ikke hænger sammen, sagde professor Nicole Grobert fra Oxford Universitys afdeling for materialer, der ledede arbejdet. 'Vores opdagelse viser, at det er muligt at fremstille store plader af grafen, hvor disse flager, kaldet 'domæner', er velafstemte, som vil skabe en pænere, stærkere, og mere 'elektronvenligt' materiale.'

I princippet er størrelsen af ​​det ark af grafen, der kan fremstilles, kun begrænset af størrelsen af ​​kobbergrundlaget.

Det Oxford-ledede team, som omfatter forskere fra Forschungszentrum Juelich Tyskland, universitetet i Ioannina Grækenland, og Renishaw plc, har vist, at det også er muligt at bruge den nye teknik til selektivt at dyrke dobbeltlagsdomæner af grafen – et dobbeltlag af tætpakkede kulstofatomer – som er af særlig interesse for deres usædvanlige elektriske egenskaber.

'Folk har brugt kobber som basismateriale før, men det er første gang nogen har vist, at de mange forskellige typer kobberoverflader faktisk stærkt kan kontrollere strukturen af ​​grafen, sagde professor Grobert. 'Det er et vigtigt skridt mod at finde en måde at fremstille grafen på en kontrolleret måde i industriel skala, noget, der er essentielt, hvis vi skal bygge bro mellem grundforskning og opbygning af nyttige grafenbaserede teknologier.'