Gennembrud kan føre til industriel produktion af grafenenheder

Med egenskaber, der lover hurtigere computere, bedre sensorer og meget mere, grafen er blevet døbt 'mirakelmaterialet'. Men fremskridt med at producere det i industriel skala uden at gå på kompromis med dets egenskaber har vist sig at være uhåndgribeligt. Forskere fra University of Groningen kan nu have fået et gennembrud. Deres resultater vil blive offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

Grafen er et specielt materiale med krystaller, der kun er et atom tykt. Elektroner passerer gennem det med næsten ingen modstand overhovedet, og på trods af at være meget fleksibel, det er stærkere end noget metal. Opdagerne af grafen, Andre Geim og Konstantin Novoselov, berømt lavede det ved at skrælle grafit med scotch tape, indtil det lykkedes at isolere et enkelt atomlag:grafen. Det gav dem Nobelprisen i fysik i 2010.

"Udfordringen er at finde et substrat, der ikke kun bevarer grafens egenskaber, men muliggør også skalerbar produktion.', siger Stefano Gottardi, Ph.d.-studerende ved University of Groningen Zernike Institute for Advanced Materials. En god kandidat er kemisk dampaflejring. Her bruges varme til at fordampe et kulstofprækursor som metan, som derefter reagerer med et katalytisk aktivt substrat for at danne grafen på dets overflade. Et overgangsmetal bruges normalt som substrat. Imidlertid, ikke kun fungerer overgangsmetallet som en støtte, men det har også en tendens til at interagere med grafen og ændre - eller endda forringe - dets fremragende egenskaber.

Besværligt

For at genoprette disse egenskaber efter vækst på metallet, grafenen skal overføres til et ikke-interagerende substrat, men denne overførselsproces er besværlig og introducerer ofte defekter. Alligevel, mange videnskabsmænd forsøger at forbedre grafenvæksten på overgangsmetaller, mest ved at bruge kobberfolie som underlag.

Dette er, hvad Surfaces and Thin Films-gruppen af ​​Gottardis supervisorer Meike Stöhr og Petra Rudolf også gjorde. 'Da vi analyserede en prøve af grafen på kobber, vi gjorde nogle mærkelige observationer', Stöhr husker. Observationerne tydede på, at der ved siden af ​​kobberet også var noget kobberoxid til stede. Ja, en flot grafenfilm så ud til at være dannet på kobberoxidet, og da oxiderede metaller kan efterlade egenskaberne af grafen uændrede, dette var en potentielt vigtig observation.

Groningen-teamet begyndte at undersøge denne mulighed mere detaljeret. Det var tre år siden. Siden da, Gottardi og hans kolleger har formået med succes at dyrke grafen på kobberoxid. Denne præstation sammen med en dybdegående karakterisering af grafens egenskaber vil blive offentliggjort i Nano Letters. Holdet rapporterer også det bemærkelsesværdige fund, at grafen på kobberoxid er afkoblet fra substratet, hvilket betyder, at den bevarer sine særegne elektroniske egenskaber.

Resultaterne kan være vidtrækkende. Stöhr:'Andre laboratorier er nødt til at reproducere vores resultater, og der skal gøres en del arbejde for at optimere vækstbetingelserne.' Det bedste scenario ville være, at store enkelt-domæne krystaller af grafen kunne dyrkes på kobberoxid. Hvis dette viser sig at være tilfældet, det skulle da være muligt at bruge litografiske teknikker til at lave alle mulige elektroniske apparater af grafen på en kommercielt levedygtig måde. En uventet observation for tre år siden kan således vise sig at blive starten på en ny æra inden for grafenelektronik.