La promessa del grafene come materiale per nuovi tipi di dispositivi elettronici, tra gli altri usi, ha portato ricercatori di tutto il mondo a studiare il materiale alla ricerca di nuove applicazioni. Ma una delle maggiori limitazioni all'uso più ampio del forte, leggero, materiale altamente conduttivo è stato l'ostacolo della fabbricazione su scala industriale.

Lavoro iniziale con il materiale di carbonio, che forma una maglia su scala atomica ed è spesso un solo atomo, ha fatto affidamento sull'uso di piccoli fiocchi, tipicamente ottenuto rimuovendo rapidamente un pezzo di nastro adesivo da un blocco di grafite, un sistema a bassa tecnologia che non si presta alla produzione. Da allora, l'attenzione si è spostata sulla realizzazione di film di grafene su lamina metallica, ma i ricercatori hanno incontrato difficoltà nel trasferire il grafene dalla lamina a substrati utili.

Ora i ricercatori del MIT e dell'Università del Michigan hanno escogitato un modo per produrre grafene, in un processo che si presta a crescere, realizzando il grafene direttamente su materiali come grandi lastre di vetro. Il processo è descritto, in un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Rapporti scientifici , da un team di nove ricercatori guidati da A. John Hart del MIT. Gli autori principali del documento sono Dan McNerny, un ex postdoc del MIT che ora è al Michigan, e Viswanath Balakrishnan, un ex postdoc del MIT che ora è all'Indian Institute of Technology.

Attualmente, la maggior parte dei metodi per produrre grafene prima fa crescere il materiale su una pellicola di metallo, come nichel o rame, dice Hart, il Professore Associato di Ingegneria Meccanica Mitsui Career Development. "Per renderlo utile, devi toglierlo dal metallo e su un substrato, come un wafer di silicio o un foglio polimerico, o qualcosa di più grande come una lastra di vetro, " dice. "Ma il processo di trasferimento è diventato molto più frustrante del processo di crescita del grafene stesso, e può danneggiare e contaminare il grafene."

Il nuovo lavoro, Hart dice, utilizza ancora una pellicola metallica come modello, ma invece di produrre grafene solo sopra la pellicola metallica, produce grafene sia sulla parte superiore che inferiore del film. Il substrato in questo caso è il biossido di silicio, una forma di vetro, con una pellicola di nichel sopra.

Usando la deposizione chimica da vapore (CVD) per depositare uno strato di grafene sopra il film di nichel, Hart dice, produce "non solo grafene sopra [lo strato di nichel], ma anche sul fondo." La pellicola di nichel può quindi essere rimossa, lasciando solo il grafene sopra il substrato non metallico.

Per di qua, non è necessario un processo separato per attaccare il grafene al substrato previsto, che si tratti di una grande lastra di vetro per uno schermo, o un sottile, materiale flessibile che potrebbe essere utilizzato come base per un leggero, cella solare portatile, Per esempio. "Fai il CVD sul substrato, e, utilizzando il nostro metodo, il grafene rimane indietro sul substrato, "Dice Hart.

Oltre ai ricercatori del Michigan, dove Hart in precedenza insegnava, il lavoro è stato svolto in collaborazione con una grande vetreria, Industrie Guardiane. "Per soddisfare le loro esigenze produttive, deve essere molto scalabile, " Afferma Hart. Attualmente l'azienda utilizza un processo float, dove il vetro si muove a una velocità di diversi metri al minuto in strutture che producono centinaia di tonnellate di vetro ogni giorno. "Siamo stati ispirati dalla necessità di sviluppare un processo di produzione scalabile in grado di produrre grafene direttamente su un substrato di vetro, "Dice Hart.

Il lavoro è ancora in una fase iniziale; Hart avverte che "dobbiamo ancora migliorare l'uniformità e la qualità del grafene per renderlo utile". Ma il potenziale è grande, suggerisce:"La capacità di produrre grafene direttamente su substrati non metallici potrebbe essere utilizzata per display di grande formato e touch screen, e per finestre "intelligenti" che hanno dispositivi integrati come riscaldatori e sensori."

Hart aggiunge che l'approccio potrebbe essere utilizzato anche per applicazioni su piccola scala, come circuiti integrati su wafer di silicio, se il grafene può essere sintetizzato a temperature inferiori rispetto a quelle utilizzate nel presente studio.

"Questo nuovo processo si basa sulla comprensione della crescita del grafene di concerto con la meccanica del film di nichel, " dice. "Abbiamo dimostrato che questo meccanismo può funzionare. Ora si tratta di migliorare gli attributi necessari per produrre un rivestimento in grafene ad alte prestazioni".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.