Un nuovo approccio alla coltivazione del grafene riduce notevolmente i problemi che hanno afflitto i ricercatori in passato e apre la strada alla forma cristallina dell'uso della grafite nei sofisticati dispositivi elettronici di domani.

I risultati dei ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy dimostrano che l'idrogeno piuttosto che il carbonio determina la forma e le dimensioni del grano di grafene, secondo un team guidato da Ivan Vlassiouk dell'ORNL, un amico di Eugene Wigner, e Sergei Smirnov, professore di chimica alla New Mexico State University. Questa ricerca è pubblicata in ACS Nano .

"L'idrogeno non solo avvia la crescita del grafene, ma controlla la forma e le dimensioni del grafene, "Vlassiouk ha detto. "Nel nostro giornale, abbiamo descritto un metodo per far crescere grani di grafene ben definiti che hanno forme esagonali perfette che puntano all'impeccabile struttura a cristallo singolo".

Negli ultimi due anni, la crescita del grafene ha comportato la decomposizione di gas contenenti carbonio come il metano su un foglio di rame ad alte temperature, il cosiddetto metodo di deposizione chimica da vapore. Poco si sapeva del processo esatto, ma i ricercatori sapevano che avrebbero dovuto acquisire una migliore comprensione del meccanismo di crescita prima di poter produrre film di grafene di alta qualità.

Fino ad ora, i film di grafene coltivati ​​sono costituiti da grani di grafene di forma irregolare di diverse dimensioni, che di solito non erano cristalli singoli.

"Abbiamo dimostrato che, sorprendentemente, non sono solo la fonte di carbonio e il substrato a dettare il tasso di crescita, la forma e le dimensioni del grano di grafene, "Vlassiouk ha detto. "Abbiamo scoperto che l'idrogeno, che si pensava avesse un ruolo piuttosto passivo, è cruciale anche per la crescita del grafene. Contribuisce sia all'attivazione delle molecole adsorbite che avviano la crescita del grafene sia all'eliminazione dei legami deboli ai bordi del grano che controllano la qualità del grafene".

Usando la loro nuova ricetta, Vlassiouk e colleghi hanno creato un modo per sintetizzare in modo affidabile il grafene su larga scala. Il fatto che la loro tecnica consenta loro di controllare la dimensione dei grani e i confini può comportare una migliore funzionalità del materiale nei transistor, semiconduttori e potenzialmente centinaia di dispositivi elettronici.

Le implicazioni di questa ricerca sono significative, secondo Vlassiouk, chi ha detto, "I nostri risultati sono cruciali per lo sviluppo di un metodo per la coltivazione di grafene a dominio singolo su larga scala che costituirà un importante passo avanti verso l'implementazione del grafene nei dispositivi del mondo reale".