(PhysOrg.com) -- Riscaldando il metallo per produrre grafene, I ricercatori della Rice University potrebbero scaldare i cuori dei produttori di elettronica ad alta tecnologia.

Il laboratorio del chimico del riso James Tour ha pubblicato questo mese due articoli che promuovono la scienza della produzione di prodotti di alta qualità, grafene a doppio strato. Mostrano come coltivarlo su un substrato funzionale facendolo prima diffondere in uno strato di nichel.

Il grafene è comunemente coltivato su un catalizzatore metallico, generalmente rame, e deve essere trasferito su un substrato elettricamente isolante come il biossido di silicio prima di poter essere utilizzato in un circuito. Il processo di trasferimento è macchinoso e richiede tempo e può essere frustrante quanto manipolare l'involucro di plastica per uso domestico, Tour ha detto.

I nuovi processi delineati in due correlati ACS Nano documenti mostrano che il grafene a doppio strato su larga scala può essere coltivato direttamente su una varietà di substrati isolanti. Eliminano il processo di trasferimento e facilitano la crescita di grandi fogli di grafene semiconduttore pronti per l'incorporazione in transistor modellati, Tour ha detto.

“La capacità di far crescere il grafene a doppio strato direttamente su un isolante può consentire ai produttori di dispositivi elettronici di costruire transistor senza il passaggio industrialmente gravoso di posizionare un foglio di grafene su un altro, " disse Giro, T.T. e W.F. di Rice Chao Chair in Chimica nonché professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di informatica.

Grafene, la forma spessa un atomo di carbonio, è stato oggetto di molti studi sin dalla sua scoperta nel 2004. Il laboratorio di Tour è diventato uno dei principali attori nella ricerca sul grafene pubblicando negli ultimi anni articoli su come aprire i nanotubi in nanonastri di grafene, caratterizzando le sue proprietà elettriche attraverso la litografia, creare elettrodi trasparenti per touch screen e produrre grafene da una varietà di fonti economiche, anche i biscotti delle Girl Scout. Tutti mirano a ridurre i costi e la complessità della produzione di grafene e a portarlo a un uso diffuso.

Un singolo strato di grafene, che su scala atomica sembra un filo di pollo, è un semimetallo e non ha bandgap; questo lo rende inadatto a molte applicazioni elettroniche. Ma il grafene a doppio strato è un semiconduttore. Le sue proprietà dipendono dall'offset o dalla rotazione degli strati l'uno rispetto all'altro ed è sintonizzabile utilizzando un campo elettrico applicato attraverso gli strati.

I nuovi processi dipendono dalla solubilità degli atomi di carbonio nel nichel caldo. In uno studio, un gruppo guidato dallo studente laureato Zhiwei Peng ha fatto evaporare uno strato di nichel sul biossido di silicio e ha posizionato un film polimerico - la fonte di carbonio - sopra.

Riscaldando il panino a 1, 000 gradi Celsius in presenza di gas argon e idrogeno in movimento hanno permesso al polimero di diffondersi nel metallo; al raffreddamento, grafene formato sulle superfici di nichel e di biossido di silicio. Quando il nichel e il grafene accidentale che si erano formati sulla parte superiore furono asportati, il grafene a doppio strato è stato lasciato attaccato al substrato di biossido di silicio.

Nell'altro studio, lo studente laureato Zheng Yan ha mescolato il panino. Ha ricoperto uno strato di biossido di silicio con una scheggia di uno di una varietà di polimeri e poi ha messo sopra il nichel. Ancora, ad alta temperatura e bassa pressione, grafene a doppio strato formato tra il biossido di silicio e il nichel. La sperimentazione con altre sostanze ha rivelato che il grafene a doppio strato si sarebbe formato anche sul nitruro di boro esagonale, nitruro di silicio e zaffiro.

“Questo tipo di processo elimina la necessità del trasferimento roll-to-roll del grafene su un substrato elettronico, perché il grafene a doppio strato ora può essere coltivato direttamente sul substrato di interesse, "Ha detto Giro.

Autori del primo articolo, "Crescita del grafene a doppio strato su substrati isolanti, " sono Yan, Peng, studente laureato Zhengzong Sun, ex studente laureato Jun Yao, associati di ricerca post-dottorato Yu Zhu e Zheng Liu, Tour e Pulickel Ajayan, il Benjamin M. e Mary Greenwood Anderson Professore di Ingegneria Meccanica e Scienza dei Materiali e di chimica.

Autori del secondo articolo, "Crescita diretta del grafene a doppio strato su substrati SiO2 per diffusione del carbonio attraverso il nichel, " sono Peng, Yan, Sole e Giro.