Een nieuwe manier om grafeen te kweken zonder de gebreken die het verzwakken en voorkomen dat elektronen er vrijelijk in kunnen stromen, zou de weg kunnen openen voor grootschalige productie van op grafeen gebaseerde apparaten met toepassingen op gebieden zoals elektronica, energie, en gezondheidszorg.

Een team onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Oxford heeft een belangrijk probleem overwonnen van het groeien van grafeen - een één atoom dikke laag koolstof - bij gebruik van een gevestigde techniek die chemische dampafzetting wordt genoemd, dat de kleine vlokken grafeen zich vormen met willekeurige oriëntaties, laat gebreken of 'naden' achter tussen vlokken die aan elkaar groeien.

De vondst, gerapporteerd in een paper dat zal worden gepubliceerd in ACS Nano , onthult hoe deze grafeen vlokken, bekend als 'domeinen', kan worden uitgelijnd door de uitlijning van koolstofatomen op een relatief goedkope koperfolie te manipuleren - de atomaire structuur van het koperoppervlak fungeert als een 'gids' die de oriëntatie van de koolstofatomen die erop groeien regelt.

Een combinatie van controle van deze kopergeleider en de druk die tijdens de groei wordt uitgeoefend, maakt het mogelijk om de dikte van deze domeinen te regelen, de geometrie van hun randen en de korrelgrenzen waar ze elkaar ontmoeten - 'naden' die fungeren als obstakels voor de soepele voortgang van elektronen die nodig zijn om efficiënte op grafeen gebaseerde elektrische en elektronische apparaten te maken.

'De huidige methoden om grafeenvlokken te kweken, hebben vaak last van grafeendomeinen die niet op één lijn liggen, ' zei professor Nicole Grobert van de afdeling Materialen van de Universiteit van Oxford, die het werk leidde. 'Onze ontdekking laat zien dat het mogelijk is om grote vellen grafeen te maken waar deze vlokken, genaamd 'domeinen', zijn goed op elkaar afgestemd, wat zorgt voor een netter, sterker, en meer 'elektronvriendelijk' materiaal.'

De grootte van de plaat grafeen die kan worden gemaakt, wordt in principe alleen beperkt door de grootte van de koperen basisplaat.

Het door Oxford geleide team, waaronder onderzoekers van Forschungszentrum Juelich Duitsland, de Universiteit van Ioannina, Griekenland, en Renishaw plc, heeft aangetoond dat het met de nieuwe techniek ook mogelijk is om selectief dubbellaagse domeinen van grafeen te laten groeien - een dubbele laag van dicht opeengepakte koolstofatomen - die van bijzonder belang zijn vanwege hun ongebruikelijke elektrische eigenschappen.

'Mensen hebben eerder koper als grondstof gebruikt, maar dit is de eerste keer dat iemand heeft aangetoond dat de vele verschillende soorten koperoppervlakken inderdaad de structuur van grafeen sterk kunnen beheersen, ' zei professor Grobert. 'Het is een belangrijke stap in de richting van het vinden van een manier om grafeen op een gecontroleerde manier op industriële schaal te produceren, iets dat essentieel is als we de kloof willen overbruggen tussen fundamenteel onderzoek en het bouwen van bruikbare op grafeen gebaseerde technologieën.'