I ricercatori sui materiali della North Carolina State University hanno sviluppato una tecnica che consente loro di integrare grafene, ossido di grafene (GO) e ossido di grafene ridotto (rGO) su substrati di silicio a temperatura ambiente utilizzando la ricottura laser pulsata in nanosecondi. L'anticipo aumenta la possibilità di creare nuovi dispositivi elettronici, e i ricercatori stanno già pianificando di utilizzare la tecnica per creare sensori biomedici intelligenti.

Nella nuova tecnica, i ricercatori iniziano con un substrato di silicio. Lo completano con uno strato di nitruro di titanio monocristallo, utilizzando l'epitassia di corrispondenza del dominio per garantire che la struttura cristallina del nitruro di titanio sia allineata con la struttura del silicio. I ricercatori quindi posizionano uno strato di lega di rame-carbonio (Cu-2.0atomic percento C) sopra il nitruro di titanio, utilizzando nuovamente l'epitassia di corrispondenza del dominio. Finalmente, i ricercatori fondono la superficie della lega con impulsi laser di nanosecondi, che attira il carbonio in superficie.

Se il processo viene eseguito nel vuoto, il carbonio si forma sulla superficie come grafene; se è fatto in ossigeno, forma GO; e se fatto in un'atmosfera umida seguita da un vuoto, si forma come rGO. In tutti e tre i casi, la struttura cristallina del carbonio è allineata con la sottostante lega rame-carbonio.

"Possiamo controllare se il carbonio forma uno o due monostrati sulla superficie del materiale manipolando l'intensità del laser e la profondità della fusione, "dice Jay Narayan, il John C. Fan Distinguished Chair Professor of Materials Science and Engineering presso NC State e autore senior di un documento che descrive il lavoro.

"Il processo può essere facilmente scalato, " dice Narayan. "Abbiamo fatto wafer che sono due pollici quadrati, e potrebbe facilmente renderli molto più grandi, utilizzando laser con Hertz superiore. E tutto questo è fatto a temperatura ambiente, che abbassa i costi".

Il grafene è un ottimo conduttore, ma non può essere utilizzato come semiconduttore. Però, rGO è un materiale semiconduttore, che può essere utilizzato per realizzare dispositivi elettronici come sensori intelligenti integrati e dispositivi ottico-elettronici.

"Abbiamo già brevettato la tecnica e stiamo pianificando di utilizzarla per sviluppare sensori biomedici intelligenti integrati con chip per computer, " dice Narayan.

La carta, "Integrazione in scala di wafer dell'ossido di grafene ridotto mediante una nuova lavorazione laser a temperatura ambiente in aria, " è stato pubblicato il 9 settembre nel Rivista di fisica applicata .