Met eigenschappen die snellere computers beloven, betere sensoren en nog veel meer, grafeen wordt wel het 'wondermateriaal' genoemd. Maar vooruitgang bij de productie ervan op industriële schaal zonder afbreuk te doen aan de eigenschappen ervan, is ongrijpbaar gebleken. Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen hebben nu misschien een doorbraak bereikt. Hun resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

Grafeen is een bijzonder materiaal met kristallen die maar één atoom dik zijn. Elektronen gaan er met nauwelijks weerstand doorheen, en ondanks dat ze erg flexibel zijn, het is sterker dan welk metaal dan ook. De ontdekkers van grafeen, Andre Geim en Konstantin Novoselov, beroemd gemaakt door grafiet af te pellen met plakband totdat ze erin slaagden een enkele atomaire laag te isoleren:grafeen. Het leverde hen in 2010 de Nobelprijs voor de Natuurkunde op.

'De uitdaging is om een ​​substraat te vinden dat niet alleen de eigenschappen van grafeen behoudt, maar maakt ook schaalbare productie mogelijk.', zegt Stefano Gottardi, Promovendus aan het Zernike Institute for Advanced Materials van de Rijksuniversiteit Groningen. Een goede kandidaat is chemische dampafzetting. Hier wordt warmte gebruikt om een ​​koolstofprecursor zoals methaan te verdampen, die vervolgens reageert met een katalytisch actief substraat om grafeen op het oppervlak te vormen. Als substraat wordt normaal gesproken een overgangsmetaal gebruikt. Echter, het overgangsmetaal fungeert niet alleen als drager, maar het heeft ook de neiging om te interageren met het grafeen en de uitstekende eigenschappen ervan te wijzigen of zelfs te verslechteren.

Moeizaam

Om deze eigenschappen te herstellen na groei op het metaal, het grafeen moet worden overgebracht naar een niet-interagerend substraat, maar dit overdrachtsproces is omslachtig en brengt vaak gebreken met zich mee. Hoe dan ook, veel wetenschappers proberen de groei van grafeen op overgangsmetalen te verbeteren, meestal met koperfolie als substraat.

Dit is wat de Surfaces and Thin Films-groep van Gottardi's supervisors Meike Stöhr en Petra Rudolf ook deed. 'Toen we een monster van grafeen op koper analyseerden, we hebben wat vreemde observaties gedaan', Stöhr herinnert zich. De waarnemingen suggereerden dat naast het koper ook wat koperoxide aanwezig was. Inderdaad, er bleek een mooie grafeenfilm te zijn ontstaan ​​op het koperoxide, en aangezien geoxideerde metalen de eigenschappen van grafeen ongewijzigd kunnen laten, dit was een potentieel belangrijke observatie.

Het Groningse team begon deze mogelijkheid nader te onderzoeken. Dat was drie jaar geleden. Vanaf dat moment, Gottardi en zijn collega's zijn erin geslaagd om met succes grafeen op koperoxide te kweken. Deze prestatie, samen met een diepgaande karakterisering van de eigenschappen van grafeen, zal worden gepubliceerd in Nano Letters. Het team rapporteert ook de opmerkelijke bevinding dat grafeen op koperoxide is ontkoppeld van het substraat, wat betekent dat het zijn eigenaardige elektronische eigenschappen behoudt.

De resultaten kunnen verstrekkend zijn. Stöhr:'Andere laboratoria moeten onze bevindingen reproduceren, en er moet behoorlijk wat werk verzet worden om de groeiomstandigheden te optimaliseren.' Het beste scenario zou zijn dat grote eendomeinkristallen van grafeen kunnen worden gekweekt op koperoxide. Als dit het geval blijkt te zijn, dan moet het mogelijk zijn om met lithografische technieken allerlei elektronische apparaten op een commercieel haalbare manier uit grafeen te maken. Een onverwachte observatie van drie jaar geleden zou dus het begin kunnen zijn van een nieuw tijdperk van grafeenelektronica.