Een nieuwe benadering van het kweken van grafeen vermindert de problemen die onderzoekers in het verleden hebben geplaagd aanzienlijk en maakt de weg vrij naar de kristallijne vorm van het gebruik van grafiet in geavanceerde elektronische apparaten van morgen.

Bevindingen van onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy tonen aan dat waterstof in plaats van koolstof de vorm en grootte van de grafeenkorrel dicteert, volgens een team onder leiding van ORNL's Ivan Vlassiouk, een Eugene Wigner Fellow, en Sergej Smirnov, een professor in de chemie aan de New Mexico State University. Dit onderzoek is gepubliceerd in ACS Nano .

"Waterstof initieert niet alleen de groei van grafeen, maar regelt de vorm en grootte van het grafeen, " zei Vlassiouk. "In onze krant, we hebben een methode beschreven om goed gedefinieerde grafeenkorrels te kweken met perfecte zeshoekige vormen die wijzen op de foutloze eenkristalstructuur."

In de afgelopen twee jaar, grafeengroei heeft betrekking op de ontleding van koolstofhoudende gassen zoals methaan op een koperfolie onder hoge temperaturen, de zogenaamde chemische dampdepositiemethode. Er was weinig bekend over het exacte proces, maar onderzoekers wisten dat ze het groeimechanisme beter moesten begrijpen voordat ze grafeenfilms van hoge kwaliteit konden produceren.

Tot nu, gegroeide grafeenfilms bestonden uit onregelmatig gevormde grafeenkorrels van verschillende groottes, die meestal geen enkele kristallen waren.

"We hebben laten zien dat verrassend genoeg, niet alleen de koolstofbron en het substraat bepalen de groeisnelheid, de vorm en grootte van de grafeenkorrel, "Zei Vlassiouk. "We vonden dat waterstof, waarvan men dacht dat het een nogal passieve rol speelde, is ook cruciaal voor de groei van grafeen. Het draagt ​​bij aan zowel de activering van geadsorbeerde moleculen die de groei van grafeen initiëren als aan de eliminatie van zwakke bindingen aan de korrelranden die de kwaliteit van het grafeen regelen."

Met behulp van hun nieuwe recept, Vlassiouk en collega's hebben een manier ontwikkeld om grafeen op grote schaal betrouwbaar te synthetiseren. Het feit dat hun techniek hen in staat stelt om de korrelgrootte en -grenzen te controleren, kan resulteren in een verbeterde functionaliteit van het materiaal in transistors, halfgeleiders en mogelijk honderden elektronische apparaten.

De implicaties van dit onderzoek zijn belangrijk, volgens Vlassiouk, wie zei, "Onze bevindingen zijn cruciaal voor het ontwikkelen van een methode voor het kweken van ultragrootschalig grafeen met één domein, wat een grote doorbraak zal betekenen voor de implementatie van grafeen in apparaten in de echte wereld."