(PhysOrg.com) -- I ricercatori hanno sperimentato un metodo che dimezza più della temperatura alla quale è possibile produrre grafene di alta qualità.

La tecnica apre nuove opportunità per l'uso del grafene, che è ampiamente considerato come una potenziale "sostanza miracolosa" per il 21° secolo.

I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Cambridge hanno aggiunto una piccolissima quantità di oro sulla superficie di un film di nichel, su cui è stato poi coltivato il grafene. La lega risultante significava che erano in grado di far crescere il grafene a 450ºC rispetto a 1, 000ºC normalmente richiesto.

Il gruppo, guidato da Robert Weatherup e Bernhard Bayer nel gruppo di ricerca Hofmann del Dipartimento, è stato anche in grado di scoprire di più su come si forma il grafene durante questo processo.

“Solo dopo aver sviluppato un quadro dettagliato di come stava crescendo il grafene siamo stati in grado di iniziare a regolare quella crescita e a progettare razionalmente il catalizzatore – il nichel – per migliorarlo, "Ha detto Weatherup. “Capire questo è interessante da un punto di vista scientifico, ma utilizzare questa conoscenza per migliorare il processo di crescita è stato il risultato davvero utile del nostro lavoro”.

Il grafene è una sostanza microscopicamente sottile, essenzialmente esistente in sole due dimensioni. Si compone di un unico, strato di atomi di carbonio dello spessore di un atomo, disposti in un reticolo esagonale.

Ciò che lo rende interessante per gli scienziati è la sua notevole gamma di proprietà. Il grafene è molto forte, trasparente e altamente conduttivo. Ciò significa che potrebbe essere utilizzato per un'intera gamma di applicazioni, compresa l'elettronica flessibile che può essere indossata dall'utente, banda larga veloce, calcolo ad alte prestazioni e componenti leggeri per aerei e altre macchine.

Affinché una di queste possibilità si realizzi, è necessario un metodo affidabile per produrre grafene di alta qualità. L'opzione migliore fino ad oggi ha coinvolto gli scienziati che utilizzano la deposizione chimica da vapore. In questo processo, un film catalizzatore – in alcuni casi nichel, in altri rame – è esposto a un gas contenente carbonio a temperature molto elevate. Il grafene quindi si assembla sulla superficie del film.

Fino ad ora, temperature di circa 1, Sono stati necessari 000°C per la formazione del grafene. Questo pone un problema, poiché le alte temperature danneggerebbero gravemente molti dei materiali utilizzati nella comune elettronica di produzione, il che significa che il grafene non può essere integrato direttamente nei circuiti che sarebbero poi utilizzati nei prodotti elettronici.

L'uso di Weatherup e Bayer di film di nichel con una piccola quantità di oro (meno dell'1%) apre questa possibilità riducendo la temperatura di crescita a 450º. La lega riduce anche il numero di punti in cui cresce il grafene sul film, perché l'oro blocca la crescita del grafene.

Ciò significa che quando ogni fiocco di grafene emerge, diventa più grande e più a lungo prima di unirsi a un altro fiocco. Poiché gli elettroni che viaggiano attraverso il grafene non sono quindi disturbati dalle giunzioni tra i fiocchi così spesso, la conduttività del grafene è migliorata. Il risultato è grafene che può essere prodotto a una temperatura drasticamente ridotta, ma è ancora dell'altissima qualità che sarebbe necessaria per le applicazioni future.

Durante il processo sono state impiegate anche tecniche specialistiche per "sentire" lo strato di grafene, spesso un atomo, mentre cresceva. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare in modo definitivo che la crescita del grafene non si verifica solo quando la sostanza si raffredda (come avevano pensato in precedenza alcuni accademici), e che la sua crescita non è solo influenzata dalla superficie del film catalizzatore, ma da una regione del film sottostante.

I ricercatori prevedono ampiamente che è solo una questione di tempo prima che il grafene si sposti dal dominio della ricerca scientifica all'industria. Per adesso, però, lo sviluppo commerciale è ancora lontano.

“Vorremmo idealmente produrre grafene direttamente su un substrato isolante, poiché attualmente la lega deve essere rimossa dopo la crescita affinché il grafene possa essere utilizzato nelle applicazioni, "Ha detto Weatherup. "Il problema è che gli isolanti tendono ad essere meno bravi a convertire i gas contenenti carbonio in grafene di alta qualità".

“La crescita del grafene è ancora un campo molto giovane, ma si sta muovendo incredibilmente velocemente. Usando la lega del catalizzatore, come abbiamo qui, è un approccio completamente nuovo per migliorare il processo e prevediamo che ulteriori indagini su questo porteranno probabilmente a una migliore produzione di grafene, e forse a temperature ancora più basse”.

I risultati sono riportati nel nuovo numero della rivista accademica, Nano lettere .