De Nobelprijs voor de Natuurkunde 2010 ging naar de twee wetenschappers die grafeen voor het eerst isoleerden, één-atoom-dikke kristallen van grafiet. Nutsvoorzieningen, een onderzoeker van de University of Houston Cullen College of Engineering probeert een methode te ontwikkelen om dit revolutionaire materiaal in massa te produceren.

Grafeen heeft verschillende eigenschappen die het anders maken dan letterlijk al het andere op aarde:het is het eerste tweedimensionale materiaal dat ooit is ontwikkeld; 's werelds dunste en sterkste materiaal; de beste warmtegeleider ooit gevonden; een veel betere geleider van elektriciteit dan koper; het is vrijwel transparant; en is zo dicht dat er geen gas doorheen kan. Deze eigenschappen maken grafeen een game changer voor alles, van energieopslagapparaten tot platte apparaatschermen.

Het belangrijkste is, misschien, is het potentieel van grafeen als vervanging voor silicium in computerchips. De eigenschappen van grafeen zouden de historische groei in rekenkracht de komende decennia mogelijk maken.

Om deze voordelen te realiseren, Hoewel, een manier om overvloedig te creëren, defectvrij grafeen moet worden ontwikkeld. Qingkai Yu, een assistent-onderzoeksprofessor bij de afdeling elektrische en computertechniek van de hogeschool en het Centre for Advanced Materials van de universiteit, ontwikkelt methoden om dergelijk hoogwaardig grafeen in massa te produceren.

Yu gebruikt een technologie die bekend staat als chemische dampafzetting. Tijdens dit proces, hij verwarmt methaan tot ongeveer 1000 graden Celsius, het gas afbreken in zijn bouwstenen van koolstof- en waterstofatomen. De koolstofatomen hechten zich vervolgens aan een metalen oppervlak om grafeen te vormen.

"Deze aanpak kan goedkope, hoogwaardig grafeen op grote schaal, ' zei Yu.

Yu demonstreerde twee jaar geleden voor het eerst de levensvatbaarheid van chemische dampafzetting voor het maken van grafeen in een artikel in het tijdschrift Applied Physics Letters. Sindsdien is hij blijven werken om deze methode te perfectioneren.

Yu's eerste onderzoek resulteerde vaak in meerdere lagen grafeen op elkaar gestapeld op een nikkeloppervlak. Vervolgens ontdekte hij de effectiviteit van koper voor het maken van grafeen. Koper is sindsdien door grafeenonderzoekers over de hele wereld geadopteerd.

Yu's werk is nog niet af. De enkele lagen grafeen die hij nu kan maken, zijn gevormd uit meerdere grafeenkristallen die samenkomen terwijl ze groeien. De plaatsen waar deze kristallen samenkomen, bekend als de korrelgrenzen, zijn defecten die het nut van grafeen beperken, vooral als vervanging voor computerchips op basis van silicium.

Yu probeert grote lagen grafeen te creëren die uit een enkel kristal worden gevormd.

"Je kunt je voorstellen hoe belangrijk dit soort grafeen is, "Zei Yu. "Halfgeleiders werden een miljardenindustrie op basis van monokristallijn silicium en grafeen wordt het materiaal uit het post-siliciumtijdperk genoemd. Dus grafeen met één kristal is de heilige graal voor het volgende tijdperk van halfgeleiders."