Větší, pružnější grafen

Korejští vědci našli způsob, jak vyrobit velké grafenové filmy, které jsou pevné a pružné a mají dosud nejlepší elektrické vlastnosti. Tyto uhlíkové desky o tloušťce atomu jsou slibným materiálem pro výrobu flexibilních, průhledných elektrod a tranzistorů pro ploché displeje. Grafen by také mohl vést ke skládacím organickým světelným diodovým displejům (OLED) a organickým solárním článkům. Nebylo však snadné najít způsob, jak vyrobit velké, vysoce kvalitní listy grafenu.

Velký a ohebný: Průhledný grafenový film, dva centimetry na každé straně, se při přenesení na razítko natáhne a ohne. Razítko lze použít k nanášení fólie na jakýkoli substrát.

Vědci z univerzity Sungkyunkwan a Samsung Advanced Institute of Technology v Suwonu v Koreji vytvořili centimetry široké grafenové filmy, které jsou z 80 procent průhledné a lze je ohýbat a natahovat, aniž by se porušily nebo ztratily své elektrické vlastnosti. Jiní vytvořili velké grafenové filmy pomocí jednodušších technik, ale nové filmy jsou 30krát vodivější. Kromě toho je snadné přenášet nové fólie na různé substráty. Ukázali jsme, že grafen je jedním z nejlepších materiálů pro roztažnou průhlednou elektroniku, říká Byung Hee Hong , který vedl dílo, které vychází v Příroda .

Grafen je vynikající vodič a přenáší elektrony desetkrát rychleji než křemík. Mohl by nahradit křehké elektrody z oxidu india a cínu (ITO), které se v současnosti používají v displejích, organických solárních článcích a dotykových obrazovkách. Grafenové tranzistory by také mohly nahradit křemíkové tenkovrstvé tranzistory, které nejsou průhledné a obtížně se vyrábějí na plastu.

Nejjednodušší způsob, jak vyrobit drobné vločky vysoce kvalitního grafenu, je odloupnout vrstvy grafenu z grafitu (což je v podstatě jen hromada grafenových listů). V loňském roce skupina vedená profesorem materiálové vědy a inženýrství na Rutgers University Manish Chhowalla vynalezl způsob výroby kusů v centimetrech pro praktické aplikace. Vědci rozpustili oxid grafitu ve vodě a vytvořili suspenzi jednotlivých listů oxidu grafenu, které uložili na pružný substrát.

Korejští vědci používají metodu zvanou chemické nanášení par. Nejprve nanesou vrstvu niklu o tloušťce 300 nanometrů na křemíkový substrát. Poté tento substrát zahřejí na 1000 Cº v přítomnosti metanu a poté jej rychle ochladí na pokojovou teplotu. To zanechá grafenové filmy obsahující šest až deset grafenových vrstev na povrchu niklu. Vzorováním vrstvy niklu mohou vědci vytvářet vzorované grafenové filmy.

Jiní, jako například profesor elektrotechniky na MIT Jing Kong , pracují na podobné přístupy k výrobě velkých kusů grafenu. Korejští vědci však práci posunuli o krok dále a přenesli filmy na flexibilní substráty při zachování vysoké kvality. Převod se provádí jedním ze dvou způsobů. Jedním z nich je odleptat nikl v roztoku tak, aby grafenový film plaval na jeho povrchu, připravený k nanesení na jakýkoli substrát. Jednodušší trik je použít k přenosu fólie gumové razítko.

Profesor fyziky na Kolumbijské univerzitě Filip Kim , který je spoluautorem nového článku, říká, že chemické nanášení par je jedním z nejlevnějších způsobů výroby kvalitního grafenu ve velkém měřítku a mělo by být kompatibilní se stávajícími technologiemi výroby polovodičů. Právě teď vědci dokážou vyrobit čtyřpalcové kusy, ale Hong říká, že by mohli proces snadno rozšířit.

Nové grafenové fólie jsou méně vadné než ty vyrobené v minulosti, říká Hong, a proto jsou asi 30krát vodivější a mají asi 20krát vyšší mobilitu než předchozí grafenové fólie. Vodivost je dostatečná pro některé základní aplikace v malých LCD displejích a displejích s dotykovým panelem, říká Chcete-li kontaktovat Yang , profesor materiálové vědy a inženýrství na Kalifornské univerzitě v Los Angeles. Nicméně dodává, že vodivost by stále musela být 10krát lepší, aby bylo možné nahradit ITO v organických solárních článcích a OLED.

Pro transparentní, ohebnou elektroniku se uvažuje o mnoha dalších materiálech. Uhlíkové nanotrubice by mohly být těžkým konkurentem. Výzkumníci například pokročili ve vytváření flexibilních nanotrubkových tranzistorů a Unidym , se sídlem v Menlo Park, CA, začne brzy prodávat plastové fólie potažené nanotrubičkami, které by mohly být na displejích použity místo povlaků ITO.

Jiní vyrobili flexibilní, průhledné tranzistory pomocí povlaků oxidu india nebo nanodrátů oxidu zinku a oxidu india. Mezitím výzkumníci z University of Michigan vyrobili průhledné elektrody pomocí mřížky z velmi tenkých kovových drátů.

Výhodou grafenu by mohla být jeho výjimečná síla a vysoká mobilita (předpokládá se, že je dvakrát větší než u nanotrubic). Tao He, výzkumník grafenu z Rice University, říká, že hodnoty vodivosti a mobility nových filmů jsou působivé. Neviděl jsem žádnou [jinou práci] podobnou nebo srovnatelnou s touto, říká a dodává, že nová práce by mohla umožnit výrobu flexibilní grafenové elektroniky ve velkém měřítku s nízkými náklady.

skrýt