Większy, bardziej rozciągliwy grafen

Koreańscy naukowcy znaleźli sposób na wytwarzanie dużych folii grafenowych, które są zarówno mocne, jak i rozciągliwe oraz mają najlepsze dotychczas właściwości elektryczne. Te arkusze węgla o grubości atomu są obiecującym materiałem do wytwarzania elastycznych, przezroczystych elektrod i tranzystorów do płaskich wyświetlaczy. Grafen może również przyczynić się do powstania składanych organicznych wyświetlaczy diodowych (OLED) i organicznych ogniw słonecznych. Jednak nie było łatwo znaleźć sposób na wykonanie dużych, wysokiej jakości arkuszy grafenu.

Duża i giętka: przezroczysta folia grafenowa, dwa centymetry z każdej strony, rozciąga się i wygina po przeniesieniu do stempla gumowego. Stempel może służyć do nanoszenia folii na dowolne podłoże.

Naukowcy z Uniwersytetu Sungkyunkwan i Samsung Advanced Institute of Technology w Suwon w Korei wykonali grube na centymetry folie grafenowe, które są w 80% przezroczyste i można je zginać i rozciągać bez pękania lub utraty swoich właściwości elektrycznych. Inni wykonali duże filmy grafenowe przy użyciu prostszych technik, ale nowe filmy są 30 razy bardziej przewodzące. Ponadto łatwo jest przenosić nowe folie na różne podłoża. Wykazaliśmy, że grafen jest jednym z najlepszych materiałów na rozciągliwą przezroczystą elektronikę, mówi Byung Hee Hong , który kierował pracą, która została opublikowana w Natura .

Grafen jest doskonałym przewodnikiem i przenosi elektrony dziesiątki razy szybciej niż krzem. Może zastąpić kruche elektrody z tlenku indowo-cynowego (ITO), które są obecnie używane w wyświetlaczach, organicznych ogniwach słonecznych i ekranach dotykowych. Tranzystory grafenowe mogą również zastąpić cienkowarstwowe tranzystory krzemowe, które nie są przezroczyste i są trudne do wykonania na plastiku.

Najłatwiejszym sposobem na zrobienie drobnych płatków wysokiej jakości grafenu jest oderwanie warstw grafenowych od grafitu (który jest w zasadzie tylko stosem arkuszy grafenowych). W zeszłym roku grupa kierowana przez profesora materiałoznawstwa i inżynierii Rutgers University Manish Chhovalla opracowali metodę wytwarzania elementów w skali centymetrowej do praktycznych zastosowań. Naukowcy rozpuścili tlenek grafitu w wodzie, tworząc zawiesinę pojedynczych arkuszy tlenku grafenu, które osadzili na elastycznym podłożu.

Koreańscy naukowcy stosują metodę zwaną chemicznym osadzaniem z fazy gazowej. Najpierw osadzają warstwę niklu o grubości 300 nanometrów na krzemowym podłożu. Następnie podgrzewają to podłoże do 1000 Cº w obecności metanu, a następnie szybko schładzają do temperatury pokojowej. Pozostawia to folie grafenowe zawierające od sześciu do dziesięciu warstw grafenu na wierzchu niklu. Dzięki wzorowaniu warstwy niklu naukowcy mogą tworzyć wzorzyste filmy grafenowe.

Inni, tacy jak profesor elektrotechniki MIT Jing Kong , pracują dalej podobne podejścia do robienia dużych kawałków grafenu. Jednak koreańscy naukowcy poszli o krok dalej, przenosząc folie na elastyczne podłoża przy zachowaniu wysokiej jakości. Transfer odbywa się na dwa sposoby. Jednym z nich jest wytrawienie niklu w roztworze tak, aby film grafenowy unosił się na jego powierzchni, gotowy do osadzenia na dowolnym podłożu. Prostszą sztuczką jest użycie gumowego stempla do przeniesienia filmu.

Profesor fizyki Uniwersytetu Columbia Filip Kim , który jest współautorem nowego artykułu, twierdzi, że chemiczne osadzanie z fazy gazowej jest jednym z najtańszych sposobów wytwarzania wysokiej jakości grafenu na dużą skalę i powinno być kompatybilne z istniejącymi technologiami wytwarzania półprzewodników. W tej chwili naukowcy mogą wykonać czterocalowe kawałki, ale Hong mówi, że mogliby z łatwością zwiększyć skalę tego procesu.

Hong mówi, że nowe folie grafenowe są mniej wadliwe niż te wykonane w przeszłości, dlatego są około 30 razy bardziej przewodzące i mają około 20 razy większą mobilność niż poprzednie warstwy grafenowe. Przewodność jest wystarczająca dla niektórych podstawowych zastosowań w małych wyświetlaczach LCD i panelach dotykowych, mówi Aby skontaktować się z Yang , profesor materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Dodaje jednak, że przewodnictwo nadal musiałoby być 10 razy lepsze, aby zastąpić ITO w organicznych ogniwach słonecznych i OLED.

Rozważa się wiele innych materiałów na przezroczystą, giętką elektronikę. Nanorurki węglowe mogą być trudnym konkurentem. Na przykład naukowcy robią postępy w tworzeniu elastycznych tranzystorów nanorurek i Unidym , z siedzibą w Menlo Park w Kalifornii, wkrótce rozpocznie sprzedaż plastikowych folii powlekanych nanorurek, które mogą być stosowane zamiast powłok ITO na wyświetlaczach.

Inni wykonali elastyczne, przezroczyste tranzystory przy użyciu powłok z tlenku indu lub nanodrutów z tlenku cynku i tlenku indu . W międzyczasie naukowcy z University of Michigan wykonali przezroczyste elektrody przy użyciu siatki z bardzo cienkich metalowych drutów.

Zaletą grafenu może być jego wyjątkowa wytrzymałość i wysoka mobilność (przewiduje się, że jest dwukrotnie wyższa niż w przypadku nanorurek). Tao He, badacz grafenu z Rice University, mówi, że wartości przewodnictwa i mobilności nowych filmów są imponujące. Nie widziałem żadnej [innej pracy] podobnej lub porównywalnej do tej, mówi, dodając, że nowa praca może umożliwić wielkoskalową, tanią produkcję elastycznej elektroniki grafenowej.

ukryć