gsm, UMTS, LTE, Wifi, Bluetooth – om maar een paar van de draadloze standaarden te noemen die tegenwoordig een natuurlijk onderdeel van mobiele communicatie zijn geworden. Voor al deze draadloze standaarden, signaalverwerking zou niet mogelijk zijn zonder het filteren van frequenties. Micro-akoestische piëzo-elektrische resonatoren zijn voor dit doel de dominante technologie op de markt. Theorie voorspelt uitstekende oscillatiekarakteristieken voor deze resonatoren, als de elektrode die wordt gebruikt voor de excitatie van de oscillatie erg licht wordt. En de lichtst denkbare elektrode is elektrisch geleidend grafeen.

"De metalen elektroden, tegenwoordig veel gebruikt, dempen de oscillatie van de resonatoren door hun massa - vergelijkbaar met de vilten hoes op een pianosnaar - en verminderen daardoor de precisie van signaalscheiding in banddoorlaatfilters. Hoewel de metalen elektroden niet willekeurig kunnen worden verdund om hun massa en dus hun demping te verminderen, grafeen blijft nog steeds geleidend, zelfs als een atomair dunne elektrode.", legt Dr. René Hoffmann uit, hoofd grafeenonderzoek bij Fraunhofer IAF. Met zulke dunne grafeenelektroden, de mechanische kwaliteitsfactoren komen dicht bij het theoretische ideaal. Als de oscillatie-eigenschappen van de piëzo-elektrische resonatoren met succes kunnen worden verbeterd en als hogere koppelfactoren worden bereikt, zowel de precisie van de signaalscheiding als de energie-efficiëntie van de filters zal toenemen. Hier, de uitdaging is om de bijna massaloze grafeenelektroden te verbinden met de momenteel gebruikte mobiele communicatiecomponenten op basis van piëzo-elektrisch aluminiumnitride.

Industriecompatibele grafeenafzettingstechnologieën

Als een van de partners in het Graphene Flagship, het grootste financieringsinitiatief in de geschiedenis van de Europese Unie, Fraunhofer IAF werkt aan de ontwikkeling van een efficiënte technologie voor grafeenafzetting en grafeenoverdracht op aluminiumnitride. Hoe verrassend het ook mag zijn om grafeen als atomair dun materiaal te kunnen produceren en verwerken, het is net zo moeilijk om dat op industriële schaal te doen. Veel van de mogelijke toepassingen van grafeen zijn nog niet succesvol geweest omdat de productie van het materiaal nog te complex is. Vandaar, de ontwikkeling van economische productie- en verwerkingstechnologieën is essentieel voor het gebruik van de uitstekende theoretische eigenschappen van grafeen in de praktijk.

Een veelbelovende aanpak voor het realiseren van grafeenafzetting op substraatformaten die typisch zijn voor de halfgeleiderindustrie, is te vinden in chemische dampafzetting. Hier, een katalysatoroppervlak zoals koper wordt verwarmd tot bijna 1000 ° C totdat koolstofhoudend gas wordt afgebroken op het hete oppervlak en wordt gereorganiseerd tot grafeen. In de toekomst, deze methode moet verder worden ontwikkeld tot een technologie die compatibel is met industriële toepassingen, om grafeen rechtstreeks te integreren in bestaande banddoorlaatfilters op basis van aluminiumniride.

Over het vlaggenschip van grafeen

Naast Fraunhofer IAF, twee andere Fraunhofer-instituten zijn aan boord van het Graphene Flagship, waaronder 142 organisaties uit 23 landen:het Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI, evenals het Fraunhofer Instituut voor Chemische Technologie ICT. Onderzoekers van Fraunhofer ICT werken aan een verdere grootschalige en kostenefficiënte productiemethode voor grafeen – in de vorm van grafeenvlokken. De grafeen-experts van de Fraunhofer ISI, anderzijds, strategische technologie- en applicatie-roadmaps ontwikkelen voor alle partners van het consortium en de hele grafeengemeenschap. De roadmaps dienen voor de verbeterde beoordeling van belangrijke grafeen-driver-units voor de voortdurende grafeenontwikkelingen en toepassingsgebieden in de toekomst. Aanvullend, Dr. Thomas Reiß, hoofd van het Competence Center New Technologies bij Fraunhofer ISI, werd verkozen tot lid van de Raad van Bestuur van het Graphene Flagship.

Om grafeen toegankelijk te maken voor de Europese markt, de Europese Unie bevordert universiteiten, onderzoeksinstellingen en bedrijven met een totaal financieringsbudget van één miljard euro. (graphene-flagship.eu/" target="_blank"> grafeen-vlaggenschip.eu/)