(PhysOrg.com) -- Door metaal te verhitten om grafeen te maken, Onderzoekers van Rice University kunnen de harten van hightech-elektronicafabrikanten verwarmen.

Het laboratorium van Rice-chemicus James Tour publiceerde deze maand twee artikelen die de wetenschap van het maken van hoogwaardige, dubbellaags grafeen. Ze laten zien hoe je het kunt laten groeien op een functioneel substraat door het eerst te laten diffunderen in een laag nikkel.

Grafeen wordt gewoonlijk gekweekt op een metaalkatalysator, meestal koper, en moet worden overgebracht naar een elektrisch isolerend substraat zoals siliciumdioxide voordat het in een circuit kan worden gebruikt. Het overdrachtsproces is omslachtig en tijdrovend en kan net zo frustrerend zijn als het manipuleren van huishoudfolie, zei toer.

De nieuwe processen beschreven in twee gerelateerde ACS Nano papers tonen aan dat grootschalig dubbellaags grafeen rechtstreeks op een verscheidenheid aan isolerende substraten kan worden gekweekt. Ze elimineren het overdrachtsproces en vergemakkelijken de groei van grote vellen halfgeleidend grafeen, klaar om te worden verwerkt in transistors met patronen, zei toer.

"De mogelijkheid om dubbellaags grafeen rechtstreeks op een isolator te laten groeien, kan fabrikanten van elektronische apparaten in staat stellen transistors te bouwen zonder de industrieel omslachtige stap van het plaatsen van het ene vel grafeen op het andere, " zei Toer, Rice's TT en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en informatica.

grafeen, de enkel-atoom-dikke vorm van koolstof, is het onderwerp van veel onderzoek geweest sinds de ontdekking in 2004. Tour's lab is een belangrijke speler geworden in grafeenonderzoek door de afgelopen jaren artikelen te publiceren over het uitpakken van nanobuisjes in grafeen nanoribbons, het karakteriseren van zijn elektrische eigenschappen door middel van lithografie, transparante elektroden maken voor touchscreens en grafeen maken uit verschillende goedkope bronnen, zelfs Girl Scout-koekjes. Ze hebben allemaal tot doel de kosten en complexiteit van het maken van grafeen te verlagen en het wijdverbreid te gebruiken.

Een enkele laag grafeen, dat op atomaire schaal lijkt op kippengaas, is een semi-metaal en heeft geen bandgap; dit maakt het ongeschikt voor veel elektronische toepassingen. Maar dubbellaags grafeen is een halfgeleider. De eigenschappen zijn afhankelijk van de offset of rotatie van de lagen ten opzichte van elkaar en het is afstembaar met behulp van een elektrisch veld dat over de lagen wordt aangelegd.

De nieuwe processen zijn afhankelijk van de oplosbaarheid van koolstofatomen in heet nikkel. In een studie, een groep onder leiding van afgestudeerde student Zhiwei Peng verdampte een laag nikkel op siliciumdioxide en plaatste er een polymeerfilm - de koolstofbron - bovenop.

De sandwich opwarmen tot 1, 000 graden Celsius in aanwezigheid van stromend argon en waterstofgas lieten het polymeer in het metaal diffunderen; bij afkoeling, grafeen gevormd op het nikkel en op de siliciumdioxide-oppervlakken. Toen het nikkel en het incidentele grafeen dat zich bovenop vormde, werden weggeëtst, dubbellaags grafeen bleef gehecht aan het siliciumdioxidesubstraat.

In de andere studie afgestudeerde student Zheng Yan schudde de sandwich. Hij bedekte een laag siliciumdioxide met een stukje van een van een verscheidenheid aan polymeren en legde het nikkel erop. Opnieuw, onder hoge temperatuur en lage druk, dubbellaags grafeen gevormd tussen het siliciumdioxide en nikkel. Experimenteren met andere stoffen onthulde dat dubbellaags grafeen zich ook zou vormen op zeshoekig boornitride, siliciumnitride en saffier.

"Dit type proces elimineert de noodzaak voor roll-to-roll-overdracht van het grafeen naar een elektronisch substraat, omdat dubbellaags grafeen nu direct op het betreffende substraat kan worden gekweekt, ’, aldus Toer.

Auteurs van het eerste artikel, "Groei van dubbellaags grafeen op isolerende substraten, " zijn Jan, Peng, afgestudeerde student Zhengzong Sun, voormalig afgestudeerde student Jun Yao, postdoctorale onderzoeksmedewerkers Yu Zhu en Zheng Liu, Tour en Pulickel Ajayan, de Benjamin M. en Mary Greenwood Anderson hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en scheikunde.

Auteurs van het tweede artikel, "Directe groei van dubbellaags grafeen op SiO2-substraten door koolstofdiffusie door nikkel, "zijn Peng, Jan, Zon en Tour.