Mokslininkai net dvigubai sugebėjo sumažinti temperatūrą, kurios reikia norint pagaminti aukštos kokybės grafeną. Naujasis metodas atveria iki šiol neregėtas grafeno panaudojimo galimybes. Anokia čia paslaptis, jog šis nanodarinys laikomas „stebuklingąja“ XXI a. medžiaga.
Mokslininkai net dvigubai sugebėjo sumažinti temperatūrą, kurios reikia norint pagaminti aukštos kokybės grafeną.
Naujasis metodas atveria iki šiol neregėtas grafeno panaudojimo galimybes. Anokia čia paslaptis, jog šis nanodarinys laikomas „stebuklingąja“ XXI a. medžiaga.
Kembridžo universiteto Inžinerijos departamento (Jungtinė Karalystė) tyrėjai nikelio plėvelės, ant kurios auginamas grafenas, paviršių legiravo labai mažu aukso kiekiu. Gautasis darinys pasižymėjo tuo, kad grafenas sėkmingai augo esant ne 1000 °C, o viso labo tik 450 °C temperatūrai.
Mokslininkų komanda, kuriai vadovavo Robertas Viefarapas (Robert Weatherup) ir Bernardas Bajeris (Bernhard Bayer), taip pat sugebėjo išsiaiškinti, kaip šio proceso metu formuojasi grafenas.
„Kai tik sugebėjome tiksliai atkurti grafeno formavimosi procesą, galėjome imtis augimo valdymo ir racionalaus katalizatoriaus – nikelio – tobulinimo, – teigia R. Vieferapas. – Tai labai įdomu iš mokslinės pusės, tačiau svarbu tai, kad šios žinios leidžia patobulinti auginimo procesą – štai koks yra reikšmingiausias mūsų darbo rezultatas.“
Grafenas yra mikroskopiškai plonas darinys, tad laikomas dvimate struktūra. Jis yra sudarytas iš anglies atomų, suformuojančių heksagoninę gardelę.
Mokslininkus labiausiai žavi fizikinės šios medžiagos savybės. Tai labai tvirtas, skaidrus yra itin didelio elektrinio laidumo darinys – tai reiškia, jog jį galima panaudoti daugybėje sričių, įskaitant lanksčiąją elektroniką, itin didelio našumo kompiuteriją ir lengvųjų konstrukcijų inžineriją.
Tam, kad visas šias svajones būtų galima įgyvendinti, reikia sukurti patikimą aukštos kokybės grafeno gamybos metodą. Kol kas geriausias mokslininkų pasiektas rezultatas – cheminis užgarinimas. Šio proceso metu katalizatoriaus funkcijas atliekanti plėvelė (dažniausiai tai būna nikelis, kartais varis) yra palaikoma anglies turinčių dujų aplinkoje esant labai aukštai temperatūrai. Grafenas suformuoja savo struktūrą plėvelės paviršiuje.
Iki pat dabar grafeno gamybai buvo reikalinga apie 1000 °C temperatūra. Tai nėra itin optimalu, nes aukštos auginimo temperatūros labai dažnai pakenkia įprastinės elektronikos gamyboje naudojamoms medžiagoms. Tai reiškia, jog grafeno negalima tiesiogiai integruoti į grandines, kurios naudojamos konstruojant elektronikos gaminius.
Minėtųjų mokslininkų vadovaujamos komandos sugalvotas metodas, kuomet nikelio plėvelės legiruojamos mažu aukso kiekiu (mažiau nei 1 proc.), atveria galimybę sumažinti auginimo temperatūrą iki 450 °C. Toks lydinys taip pat apriboja grafeno formavimosi vietas plėvelėje, mat auksas trukdo susidaryti grafeno struktūrai.
Tai reiškia, jog kiekvienas grafeno lopinėlis prieš susijungdamas su kaimynu auga ilgesnį laiko tarpą, todėl tampa didesnis. Kadangi elektronai, judantys grafenu, ne taip dažnai „užkliūna“ lopinėlių sandūrose, bendras grafeno laidumas yra geresnis. Taigi, gautasis tyrėjų rezultatas – grafenas, užaugintas kur kas žemesnėje temperatūroje, bet pasižymintis itin aukšta kokybe, kuri būtina konstruojant ateities prietaisus.
Šio proceso metu taip pat buvo taikytas specialus metodas, kuris padėjo aptikti beaugančio grafeno sluoksnį. Tyrėjai sugebėjo parodyti, jog grafeno augimą įtakoja ne tiktai medžiagos vėsimas (kaip buvo teigiamų kitų mokslininkų darbuose) ir katalizatoriaus plėvelės paviršius, tačiau gilesnė jos sritis.
Tyrėjai yra įsitikinę, jog tik laiko klausimas, kada grafenas iš mokslininkų laboratorijų persikels į pramonines gamyklas. Tačiau dabar kol kas komerciją galima palikti nuošalyje.
„Geriausiu atveju mes norėtume grafeną auginti tiesiai ant izoliacinių savybių padėklo, nes kol kas auginimui naudojamą lydinį reikia pašalinti, – tęsia mokslininkas. – Sunkumas yra tas, kad paprastai izoliatoriai anglimi praturtintas dujas ne taip gerai sugeba paversti aukštos kokybės grafenu.“
„Grafeno auginimas yra vis dar savo kūdikystėje, tačiau po truputį įgauną pagreitį. Lydinių panaudojimas katalizei, ką sėkmingai atlikome mes, yra ganėtinai naujas proceso tobulinimo metodas. Tikimės, jog tolimesni tyrimai leis užtikrinti pagerintą grafeno gamybą – galbūt netgi dar žemesnėse temperatūrose.“
Gautieji rezultatai publikuoti naujame žurnalo „Nano Letters“ numeryje.
