Elastyczny ekran dotykowy wykonany z nadrukowanego grafenu

Grafen, warstwa węgla o grubości zaledwie jednego atomu, ma spektakularną wytrzymałość, elastyczność, przezroczystość i przewodność elektryczną. Zachęceni jego potencjałem zastosowania w nowych urządzeniach, takich jak ekrany dotykowe i ogniwa słoneczne, naukowcy bawią się sposobami wytwarzania dużych arkuszy czystego grafenu, na przykład poprzez usuwanie cienkich jak atom płatków i chemiczne rozpuszczanie kawałków tlenku grafitu. Jednak w ciągu trzydziestu kilku lat od odkrycia grafenu eksperymenty laboratoryjne przyniosły głównie zaledwie drobinki tego materiału, a masowa produkcja wydaje się być bardzo odległa.

Widzieć przez: Naukowcy stworzyli elastyczny arkusz grafenowy z wydrukowanymi na nim srebrnymi elektrodami (na dole), który może służyć jako ekran dotykowy po podłączeniu do oprogramowania sterującego na komputerze (na górze).

Przyszłość tej dziedziny z pewnością nie polega na łuszczeniu się wiórów ołówkowych, mówi Michał Dziwny , profesor inżynierii chemicznej na MIT. Produkcja grafenu jednowarstwowego na dużą skalę była poważną przeszkodą technologiczną w rozwoju technologii grafenu.

Teraz, bijąc wszystkie dotychczasowe rekordy syntezy grafenu w laboratorium, naukowcy z firmy Samsung i Uniwersytet Sungkyunkwan , w Korei, wyprodukowali ciągłą warstwę czystego grafenu wielkości dużego telewizora, nawijając ją przez rolki na elastyczny, przezroczysty arkusz poliestrowy o szerokości 63 centymetrów.

To inżynieria w najlepszym wydaniu, mówi James Tour , profesor chemii na Rice University, który pracuje nad sposobami wytwarzania grafenu poprzez rozpuszczanie kawałków grafitu. [Ludzie zrobili] to w laboratorium z małych, maleńkich arkuszy, ale nigdy na maszynie takiej jak ta.

Zespół stworzył już elastyczny ekran dotykowy, wykorzystując grafen na nośniku polimerowym do wytwarzania przezroczystych elektrod ekranu. Materiał używany obecnie do produkcji przezroczystej elektroniki, tlenek indowo-cynowy, jest drogi i kruchy. Produkcja grafenu na wyginających się arkuszach poliestrowych jest pierwszym krokiem do stworzenia przezroczystej elektroniki, która jest mocniejsza, tańsza i bardziej elastyczna. Można teoretycznie zwinąć iPhone'a i włożyć go za ucho jak ołówek, mówi Tour.

Koreański zespół w ostatnich miesiącach oparł się na szybkich postępach. W ciągu ostatnich 18 miesięcy pole naprawdę się rozwinęło, mówi Strano. To, co tutaj pokazują, to zasadniczo monowarstwa na ogromnych obszarach - znacznie większych niż widzieliśmy w przeszłości.

Rolka i rolka: Świeżo wykonany arkusz grafenu jest przenoszony na arkusz poliestru, gdy przechodzi między gorącymi walcami.

Ostatni rok, Rodney Ruoff a jego zespół z University of Texas w Austin wykazał, że grafen można hodować na folii miedzianej. Węgiel odparowany w temperaturze 1000 stopni osadzałby się atom po atomie na folii o średnicy kilku centymetrów. Byung Hee Hong , profesor na Sungkyunkwan University i autor artykułu do korespondencji, mówi, że zastosowanie elastycznej podstawy stanowiło rozwiązanie dylematu masowej produkcji grafenu.

[To] otworzyło nową drogę do wielkoskalowej produkcji wysokiej jakości folii grafenowych do zastosowań praktycznych, mówi Hong. [Nasze] dramatyczne zwiększenie skali było możliwe dzięki zastosowaniu dużych, elastycznych folii miedzianych dopasowanych do rurowego kształtu pieca. A arkusze grafenowe mogą być jeszcze większe. Proces roll-to-roll zwykle pozwala na produkcję ciągłych filmów, mówi Hong.

W metodzie Honga arkusz miedzianej folii owija się wokół cylindra i umieszcza w specjalnie zaprojektowanym piecu. Atomy węgla unoszone w podgrzanym strumieniu wodoru i metanu spotykają się z blachą miedzianą i osadzają się na niej w jednolitej warstwie. Folia miedziana wychodzi z pieca sprasowana pomiędzy gorącymi walcami, a grafen zostaje przeniesiony na poliestrową bazę. Elektrody srebrne są następnie drukowane na arkuszu.

Technika wykazuje pewien potencjał do zwiększenia skali do produkcji masowej. W szczególności pokazują, że są w stanie wyhodować grafen [w sposób] zgodny z produkcją, mówi Strano. To bardzo ekonomiczny sposób wytwarzania materiałów.

Hong widzi zastosowanie tej metody w produkcji ogniw słonecznych na bazie grafenu, czujników dotykowych i płaskich wyświetlaczy. Ale mówi, że na produkty przyjdzie trochę czasu. Jest za wcześnie, by mówić coś o masowej produkcji i komercjalizacji – mówi. Obecne procesy produkcyjne tlenku indowo-cynowego wykorzystują technologię rozprowadzania, która różni się od drukowania z roli na rolę. Jednak sytuacja ulegnie zmianie, gdy w najbliższej przyszłości powstaną większe rynki elastycznej elektroniki, mówi Hong.

ukryć