Inżynierowie znajdują nowy sposób wytwarzania grafenu, „cudownego materiału”, który może zmienić świat

Zapisz się na bezpłatny cotygodniowy biuletyn IndyTech dostarczany bezpośrednio do Twojej skrzynki odbiorczej

Zapisz się na bezpłatny newsletter IndyTech

Inżynierowie odkryli nowy sposób wytwarzania grafenu, „cudownego materiału”, który może w końcu pozwolić mu w pełni wykorzystać jego potencjał.

Kiedy w 2004 roku odkryto go poprzez utworzenie pojedynczej warstwy atomów węgla, naukowcy okrzyknęli ten materiał potencjalną rewolucją. Jest tak przewodzący i tak potężny, że eksperci twierdzą, że może przekształcić wszystko, od magazynowania energii po urządzenia medyczne i elektronikę osobistą.

Ale ten potencjał nigdy nie został w pełni wykorzystany. Dzieje się tak częściowo dlatego, że trudno jest go wykonać w sposób czysty i na dużą skalę.

Jednym z problemów jest to, że trudno jest zrobić go czysto i bez zanieczyszczeń. Naukowcy twierdzą jednak, że nowy proces umożliwia produkcję grafenu w czysty i możliwy do zredukowania sposób.

Dokonali tego, odkrywając, że jakość grafenu jest powiązana z tlenem. Jeśli w pobliżu znajduje się choćby niewielka część tlenu, ma to ogromny wpływ na tempo wzrostu grafenu i sprawia, że ​​jego wykorzystanie może okazać się niemożliwe.

„Wykazaliśmy, że usunięcie prawie całego tlenu z procesu wzrostu jest kluczem do osiągnięcia wysokiej jakości, powtarzalnej syntezy grafenu CVD” – powiedział główny badacz James Hohn z Columbia University. „To kamień milowy w kierunku produkcji grafenu na dużą skalę”.

Inżynierowie tradycyjnie wytwarzali grafen na dwa sposoby. W pierwszym przypadku stosuje się taśmę klejącą do odrywania warstw kawałka grafitu, aż stanie się on wystarczająco cienki, aby można go było wykorzystać jako grafen, uzyskując czyste próbki, ale na małą skalę, która uniemożliwia ich wykorzystanie przemysłowe.

Drugi pozwala na większą produkcję i jest znany jako wzrost CVD. Polega na przepuszczaniu gazu zawierającego węgiel, takiego jak metan, przez powierzchnię miedzi w niewiarygodnie wysokich temperaturach, co powoduje rozpad metanu i zmusza atomy węgla do zmiany układu w warstwie grafenu.

Dzięki temu mogą osiągać rozmiary metrów. Ale mieli też problemy z niezawodną jakością.

Naukowcy odkryli już, że jakikolwiek tlen obecny w tym procesie spowolniłby go, a nawet wytrawił grafen. Od tego czasu inżynierowie próbują zbudować nowe systemy, które będą w stanie kontrolować tlen i zapobiegać jego zakłócaniu procesu.

Teraz naukowcy twierdzą, że znacznie usprawnili ten proces, umożliwiając szybszy i niezawodny wzrost grafenu. Odkryli, że wytworzony grafen również wykazywał wszystkie niezbędne zachowania, które pozwalały na jego zastosowanie na dużą skalę.

Wyniki tych prac opisano w nowym artykule zatytułowanym „Reproducible Graphene Synthesis by Oxygen-Free Chemical Vapor Deposition” opublikowanym w czasopiśmie. Natura.