(Phys.org) —Zilver, grafeen ontmoeten. Super sterk, Super licht, bijna volledig transparant en een van de beste geleiders van elektriciteit ooit ontdekt, grafeen is een één atoom dik vel koolstofatomen dat zijn verbazingwekkende eigenschappen te danken heeft aan zijn tweedimensionaal zijn.

grafeen, zilver ontmoeten. Zilver is een hoogwaardig edelmetaal dat zeer langzaam corrodeert in vochtige lucht en doorgaans geen chemische interactie aangaat met andere stoffen. grafeen, In de tussentijd, is een gewild platform voor nieuwe fysica en apparaattoepassingen.

"Je hebt één materiaal, zilver, dat is echt goed in het beperken van licht en zo, grafeen, dat is echt goed met efficiënt bewegende elektronen, " zei Brian Kiraly, afgestudeerde student aan de Northwestern University, die het nieuwe proces ontdekte dat de groei van grafeen op zilver mogelijk maakte.

Onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Department of Energy, in samenwerking met wetenschappers van de Northwestern Universit, zijn de eersten die grafeen op zilver laten groeien, die tot nu toe een grote uitdaging vormde voor velen in het veld. Een deel van het probleem heeft te maken met de eigenschappen van zilver; de andere betreft het proces waarbij grafeen wordt gekweekt.

Chemische dampafzetting is momenteel de industriestandaard voor het kweken van grafeen. De techniek maakt het mogelijk koolwaterstoffen, zoals methaan of ethyleen, ontbinden op een heet platform om koolstofatomen te vormen die grafeen worden. Echter, deze techniek werkt niet met een zilveren platform.

"De traditionele methode om koolwaterstof af te breken tot een overgangsmetaal werkte niet, " zei Nathan Guisinger, een stafwetenschapper bij Argonne's Center for Nanoscale Materials. "Het methaan zal niet afbreken, het zal gewoon het hete zilver raken en weerkaatsen en methaan blijven, dus er is geen koolstofbron om het grafeen daadwerkelijk te laten groeien."

Op dit punt, om erachter te komen hoe grafeen op zilver kan groeien, de onderzoekers moesten de atomaire en moleculaire eigenschappen van het materiaal begrijpen. Bijvoorbeeld, atomaire koolstof verdampt bij extreem hoge temperaturen - meer dan 2, 400 graden Celsius, wat de onderzoekers dwingt rekening te houden met een aantal verschillende parameters om een ​​laag van één atoom dik te creëren.

Aanvullend, terwijl grafeen conventioneel wordt gekweekt bij temperaturen van 1, 000 graden C of hoger, de nieuwe Argonne-Northwestern-techniek kweekt het bij een lagere temperatuur van 750 graden, onderzoekers meer mogelijkheden geven om met het materiaal te werken. Deze methode vertraagt ​​ook het proces om de juiste groeisnelheid en verdeling te bepalen voor een enkele laag koolstofatomen die op het zilver landt.

De eerste stap bij het laten groeien van de grafeenlaag was ervoor zorgen dat het zilversubstraat "atomair schoon" was - een harde norm om aan te voldoen.

"Het is erg moeilijk om een ​​atomair schoon platform te maken, Guisinger zei. "Bijna alle platforms die aan lucht worden blootgesteld, worden bedekt met een waterlaag en oxideren." Om dit fenomeen te voorkomen, de onderzoekers werken in een speciaal ontworpen ultrahoogvacuümomgeving.

Om het platform in eerste instantie te reinigen, Kiraly gebruikte een techniek die 'sputter-gloeien' wordt genoemd. Dit is waar het platform dat wordt gebruikt om het grafeen te laten groeien, wordt besproeid met ionen die het oppervlak opvreten en het ontdoen van organisch of anorganisch materiaal. De volgende stap is het uitgloeien van het metaal, een proces "dat het geneest en zorgt voor atomair schone en vlakke oppervlakken, ' zei Kiraly.

Na een reeks examens, de onderzoekers ontdekten dat ze met succes een enkele laag grafeen op zilver hadden afgezet.

Aangemoedigd door dit resultaat, de onderzoekers hopen aan te tonen hoe grafeen in lagen kan worden aangebracht met andere materialen van één atoom dik, zoals siliceen, in gestapelde atomaire lagen om hybride materialen te creëren.

Vanwege de uitstekende optische eigenschappen van zilver, Kiraly voorziet dat dit onderzoek toepassingen heeft in detectoren.

"Conventioneel, je kunt er dingen mee maken met zowel optische als elektronische componenten, zoals in opto-elektronische apparaten, "zei Kiraly. "Alles als een fotodetector of een zonnecel heeft een soort lichtinteractie die overeenkomt met een elektronisch effect of omgekeerd."

Er is een toenemende belangstelling voor het verplaatsen van grafeen van het laboratorium naar lichtere, meer energie-efficiënte consumentenapparaten. De Universiteit van Manchester in Engeland, bijvoorbeeld, zullen volgend jaar hun National Graphene Institute afronden voor een bedrag van £ 61 miljoen.

"Met de ontdekking van het maken van grafeen, nu is er een jacht op meer tweedimensionale materialen. Zodra ze zijn ontdekt, we willen weten hoe we ze kunnen combineren, ’ zei Guisinger.

Maar voor nu, het is aan wetenschappers als Guisinger en Kiraly om uit te zoeken hoe die stukjes ter grootte van een atoom in elkaar passen om de volgende technologische doorbraken te creëren.

Het werk is beschreven in een paper, "Solid-source groei en atomaire schaal karakterisering van grafeen op Ag (111)", gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .