Новый способ изготовления листов графена

4 июня 2014
Дэвид Л.Чандлер / офис новостей Массачусетского технологического института

23 мая 2014

Возможность использования графена как материала в новых видах электронных приборов заставило исследователей во всем мире обратить большее внимание на его изучение. Одним из главных препятствий на пути повсеместного применения прочного, легкого и обладающего высокой электропроводностью графена является отсутствие технологий его производства в промышленных масштабах.

Первоначальная работа с материалом, который формирует сетку на уровне атомов толщиной всего в 1 атом углерода, основывалась на использовании обычной ленты - скотча для последовательного отделения слоев от кристаллического графита. Основная задача исследователей - создание графена на металлической фольге. Одновременно с этим исследователи столкнулись с трудностями в передаче графена с металлической фольги на подложки.

Исследователи из Массачусетского технологического института и Мичиганского университета предложили метод производства графена, который не только хорошо масштабируется, но и позволяет сразу использовать как основу, например, большие стеклянные пластины.

Процесс описан в статье, опубликованной на этой неделе в журнале «Научные доклады», командой девяти исследователей во главе с А. Джоном Хартом из Массачусетского технологического института. Ведущими авторами статьи являются Дэн Макнерни, бывший пост докторант и Висванах Балакришнан, бывший пост докторант Массачусетского технологического института, сейчас работает в Индийском технологическом институте.

В настоящее время большинство методов создания графена основываются на размещении материала на пленке металла, таких, как никель или медь, говорит Харт, адъюнкт – профессор машиностроения: «Технологии переноса на более полезные подложки (полимерную пленку или кремниевую пластину) все еще отработаны плохо и часто приводят к загрязнению графена или повреждению его структуры».

«В новой работе, - говорит Харт,- все еще используется металлическая пленка в качестве шаблона – но графен растет на ней сразу с обеих сторон: сверху и снизу. В качестве подложки в описываемых экспериментах выступала пластина диоксида кремния (разновидность стекла) с пленкой никеля на ней».

«Химическое паровое осаждение (ХПО) формирует слой графена на фольге и под ней, - говорит Харт, - после этого никелевую пленку удаляют, оставляя нижний слой графена на неметаллической основе.
Таким образом, устраняется трудоемкий и проблемный этап переноса: графен изначально можно создавать на нужной подложке – большой стеклянной пластине экрана дисплея или интеллектуального окна, тонком и гибком материале для портативных солнечных батарей. «Вы делаете ХПО на подложке, и с помощью нашего метода, графен остается на ней» - говорит Харт.

В дополнение к исследователям в Мичигане, где Харт ранее преподавал, работа была сделана в сотрудничестве с крупным стеклянным производителем «Гардиан Индастрис».
«Для удовлетворения их производственных потребностей проект должен быть очень масштабным», - говорит Харт. В настоящее время компания использует процесс «плавания», в котором стекло движется со скоростью нескольких метров в минуту в учреждениях, производящих сотни тонн стекла каждый день. «Мы были вдохновлены потребностью сделать производственный процесс масштабным, который может произвести графен непосредственно на стеклянной подложке», - говорит Харт.

Несмотря на первые успехи, авторы признают, что их работа находится все еще на ранней стадии: много предстоит сделать для улучшения однородности и повышения качества получаемого таким методом графена. Они также ищут пути снижения температуры синтеза графена – это позволило бы распространить область применения новой технологии на малоразмерные приложения, такие, как интегральные схемы на кремниевых подложках.

«Этот процесс основывается на понимании графенового роста совместно с никелевым покрытием, - говорит он,- мы показали, что этот механизм может работать. Теперь это вопрос улучшения качества, необходимого для получения высокоэффективного графенового покрытия».

Кристос Димитрэкоупулос, преподаватель химического инжиниринга в Массачусетском университете в Амхерсте, не вовлеченный в эту работу, говорит: «Это очень важная часть работы для применения графена на больших площадях, на изоляционных подложках».

По сравнению с другими методами, такими, как использование карбида кремния (полупроводниковая интегральная схема) подложкой графена, он говорит: «Факт, что боковой размер графена в подходе группы Харта ограничивается только размером реактора ХПО вместо размера пластины полупроводниковой интегральной схемы, является главным преимуществом».
«Это высококачественная и тщательно выполненная работа», - добавляет Димитрэкоупулос.


Работа выполнена при поддержке «Гардиан Индастрис», Национальным научным фондом и Офисом Военно-воздушных сил Научного исследования.
Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~z4tLr