Ny grafenproduktionsmetode udvider perspektiver for forbedret brug

Graphene, en krystal sammensat af kun et lag carbonatomer arrangeret i en almindelig sekskant, betragtes som et materiale, der menes at være i stand til at udføre mirakler, især inden for elektronik, sensorteknologi og displayteknologi, men også inden for metrologi. Kun fire år efter den første vellykkede forberedelse af grafen, dens opdagere Geim og Novoselov blev derfor tildelt en nobelpris. Da den oprindelige fremstillingsmetode (afskalning af enkelte atomlag af grafit) ikke giver et godt perspektiv for bred teknologisk anvendelse, mange forskergrupper koncentrerer sig meget stærkt om udviklingen af ​​alternative fremstillingsprocedurer.

En helt ny og meget fleksibel variant er nu blevet udviklet af gruppen af ​​Andrey Turchanin fra University of Bielefeld i samarbejde med University of Ulm og tre afdelinger i Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), og dette er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Avancerede materialer .

I modsætning til de konventionelle metoder, hvor grafen fremstilles, for eksempel, ved udfældning af carbonatomer fra gasfasen eller ved termisk grafitisering af siliciumcarbid, forskerne valgte aromatiske molekyler som udgangspunkt i dette arbejde. Som underlag, både enkeltkrystaller af kobber og billige polykrystallinske kobberfolier blev anvendt. Ved bestråling med lavenergi-elektroner og efterfølgende termisk glødning, det var derefter muligt at omdanne et selvorganiseret enkeltlag af molekylet biphenylthiol, der havde bundfaldet på kobberoverfladen, til grafen.

For at undersøge de kemiske og fysiske egenskaber af grafen fremstillet på denne måde, forskellige karakteriseringsmetoder fra Ulm og Bielefeld universiteter og fra PTB blev anvendt, for eksempel, scanning af tunnelmikroskopi, transmissionselektronmikroskopi, Raman -spektroskopi samt elektriske transportmålinger ved lave temperaturer og høje magnetfelter. Alle disse målinger bekræfter, at grafen af ​​fremragende krystallinsk og elektronisk kvalitet faktisk var blevet fremstillet af det aromatiske molekyle.

Fleksibiliteten ved elektronbestråling, hvilket er muligt både over store områder og også med fremragende rumlig opløsning ved små, veldefinerede steder, tillader nu at fremstille grafenstrukturer af stort set enhver form, f.eks. kvanteprikker, nanoribbons eller andre nano-geometrier med specifik funktionalitet. Valget af temperaturen i det termiske omdannelsestrin gør det også muligt at justere graden af ​​krystallinitet og grafens egenskaber afhængigt af det.

Yderligere fordele skyldes alsidigheden i metoden til selvorganiseret belægning. Det kan udføres med forskellige aromatiske molekyler, som kunne, for eksempel, indeholder også dopingatomer til elektronisk doping af det endelige produkt. Anvendes i flere lag, såkaldt to-lags eller flerlags grafen kunne fremstilles, hvis ændrede elektroniske båndstruktur udvider de potentielle anvendelser af enkeltlags grafen. Ligeledes, andre substrater end det kobber, der bruges her (f.eks. andre metaller, halvledere, isolatorer) kan bruges. Ud over, det bør også være muligt at fremstille grafen på alle tredimensionelle overflader, da molekylær selvorganisering også finder sted på buede overflader. Den nye fremstillingsmetode udvider perspektiverne for en forbedret brug af det "magiske materiale" på en så imponerende måde, at den respektive publikation blev understreget på forsiden af ​​augustnummeret af det videnskabelige tidsskrift " Avancerede materialer ".