For hurtigere, større grafen tilføjer et flydende lag

Millimeter-størrelse krystaller af højkvalitets grafen kan laves på minutter i stedet for timer ved hjælp af en ny skalerbar teknik, Det har forskere fra Oxford University demonstreret.

På kun 15 minutter kan metoden producere store grafenkrystaller omkring 2-3 millimeter store, som det ville tage op til 19 timer at fremstille ved hjælp af nuværende kemiske dampaflejringsteknikker (CVD), hvor kulstof i gas reagerer med, for eksempel, kobber for at danne grafen.

Grafen lover at være et 'vidundermateriale' til at bygge nye teknologier på grund af dets kombination af styrke, fleksibilitet, elektriske egenskaber, og kemisk resistens. Men dette løfte vil kun blive realiseret, hvis det kan produceres omkostningseffektivt i kommerciel skala.

Forskerne tog en tynd film af silica aflejret på en platinfolie, som ved opvarmning, reagerer og danner et lag platinsilicid. Dette lag smelter ved en lavere temperatur end enten platin eller silica, hvilket skaber et tyndt flydende lag, der udglatter nanoskala 'dale' i platinet, så kulstofatomer i metangas, der børster overfladen, er mere tilbøjelige til at danne store flager af grafen.

En rapport om forskningen er offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

'Vi kan ikke kun lave millimeterstore grafenflager på få minutter, men denne grafen er af en kvalitet, der kan sammenlignes med alt, hvad andre metoder er i stand til at producere, sagde professor Nicole Grobert fra Oxford Universitys afdeling for materialer, der ledede forskningen. 'Fordi det er tilladt at vokse naturligt i enkelte grafenkrystaller, er der ingen af ​​korngrænserne, der kan påvirke materialets mekaniske og elektriske egenskaber negativt.'

Medforfatter Vitaliy Babenko, en DPhil-studerende ved Oxford University's Department of Materials, sagde:'Brug af bredt tilgængelige polykrystallinske metaller på denne måde kan åbne op for mange muligheder for omkostningsreduktion og større grafenproduktion til applikationer, hvor der er behov for grafen af ​​meget høj kvalitet.'

Størrelsesmæssigt kan den nye tilgang sammenlignes med den almindelige "scotch tape-metode", ' hvor et stykke tape bruges til at pille grafenfragmenter af en luns grafit, som producerer flager på omkring 10 mikron (0,01 millimeter). Brug af CVD med kun platin skaber flager på omkring 80 mikron (0,08 mm). Men med det flydende lag af platinsilicid viser forskerne, at grafenkrystaller på 2-3 millimeter kan fremstilles på få minutter.

Ud af alle de teknikker, der i øjeblikket bruges til at lave forskellige typer grafen, er CVD den mest lovende til at skalere op til en omkostningseffektiv industriel proces. Oxford-teamet mener, at deres tilgang også kan have fordele ud over hastighed og kvalitet:med et tykkere væskelag til at isolere det, skal grafen muligvis ikke fjernes fra underlaget, før det kan bruges - et dyrt og tidskrævende ekstra trin, der kræves med alle andre metoder.

'Dette er en principiel undersøgelse, der viser, at grafen af ​​høj kvalitet, i form af et enkelt lag af kulstofatomer, kan laves til den størrelse og tidsskala, som en person, der ønsker at bygge teknologier, måske ønsker, sagde professor Grobert. "Selvfølgelig skal der meget mere arbejde til, før vi får grafenteknologi, men vi er nu på nippet til at se dette materiale tage springet fra laboratoriet til en produktionsindstilling, og vi er ivrige efter at arbejde med industrielle partnere for at få dette til at ske.'

Forskerne siger, at i teorien, det ville være muligt at videreudvikle og skalere denne teknik til at producere flager af grafen i store plader i waferstørrelse.

Denne opfindelse tilføjer til den voksende patentportefølje af nanomaterialer og deres produktionsteknologier fra professor Nicole Groberts Nanomaterials by Design Group. Under et kommercialiseringsprogram udviklet af Isis Innovation, teknologikommercialiseringsvirksomheden ved University of Oxford, koncernen etablerer samarbejder med industrielle partnere som en væsentlig del af udviklingen af ​​koncernens produkter til potentielle anvendelser. Professor Grobert har også planer om at fremstille og sælge sit udvalg af specielle nanomaterialer som en del af et nyt forretningsprojekt.