Billig og fejlfri grafen

Grafen er et af de mest lovende nye materialer. Imidlertid, forskere over hele kloden leder stadig efter en måde at producere fejlfrit grafen til lave omkostninger. Kemikere ved Friedrich-Alexander-Universiät Erlangen-Nürnberg (FAU) er nu for første gang lykkedes med at fremstille fejlfri grafen direkte fra grafit. De har for nylig offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .

Grafen er todimensionelt og består af et enkelt lag af kulstofatomer. Den er særlig god til at lede strøm og varme, gennemsigtig og fleksibel, men alligevel stærk. Grafens unikke egenskaber gør det velegnet til brug i en lang række banebrydende teknologier, såsom i transparente elektroder til fleksible skærme.

Imidlertid, halvlederindustrien vil kun være i stand til at bruge grafen med succes, når egenskaber såsom størrelse, areal og antal af defekter - som påvirker dets ledningsevne - kan forbedres under syntesen. Et hold af FAU-forskere ledet af Dr. Andreas Hirsch fra Chair of Organic Chemistry II har for nylig fået et afgørende gennembrud på dette område. Ved hjælp af tilsætningsstoffet benzonitril, de har fundet en måde at fremstille fejlfri grafen direkte fra en opløsning. Deres metode gør det muligt at skære grafenen - som er af en højere kvalitet end nogensinde før - skæres uden at forårsage defekter og gør det også muligt at indstille specifikke elektroniske egenskaber gennem antallet af ladningsbærere. Desuden, deres teknik er både billig og effektiv.

En almindelig måde at syntetisere grafen på er gennem kemisk eksfoliering af grafit. I denne proces, metalioner er indlejret i grafit, som er lavet af kulstof, resulterer i, hvad der er kendt som en interkalationsforbindelse. De enkelte lag af kulstof - grafenen - adskilles ved hjælp af opløsningsmidler. Det stabiliserede grafen skal derefter skilles fra opløsningsmidlet og reoxideres. Imidlertid, defekter i de enkelte lag af kulstof, såsom hydrering og oxidation af kulstofatomer i gitteret, kan forekomme under denne proces. Det problem har FAU-forskere nu fundet en løsning på. Ved tilsætning af opløsningsmidlet benzonitril, grafenen kan fjernes uden at der dannes yderligere funktionelle grupper - og den forbliver fejlfri.

'Denne opdagelse er et gennembrud for eksperter inden for det internationale felt af reduktiv grafensyntese, 'Forklarer professor Hirsch. "Baseret på denne opdagelse kan vi forvente at se store fremskridt med hensyn til anvendelsen af ​​denne type grafen, som er fremstillet ved hjælp af våd kemisk eksfoliering. Et eksempel kan være at skære fejlfrit grafen til halvleder- eller sensorteknologi. '

Yderligere fordele

Metoden, som FAU -forskere har udtænkt, har en anden fordel:Det reducerede benzonitrilmolekyle, der dannes under reaktionen, bliver rødt, så længe det ikke kommer i kontakt med ilt eller vand. Denne farveændring gør det nemt at bestemme antallet af ladningsbærere i systemet gennem absorptionsmålinger. Det kunne tidligere kun lade sig gøre ved at måle spænding og betyder, at grafen- og batteriforskere nu har fået en ny måde at måle ladetilstanden på.