Een baanbrekende nieuwe techniek om hoogwaardige, goedkoop grafeen zou de weg kunnen effenen voor de ontwikkeling van de eerste echt flexibele 'elektronische huid', die in robots kunnen worden gebruikt.

Onderzoekers van de Universiteit van Exeter hebben een innovatieve nieuwe methode ontdekt om het wondermateriaal grafeen aanzienlijk goedkoper te produceren, en gemakkelijker, dan voorheen mogelijk was.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Monica Craciun, hebben deze nieuwe techniek gebruikt om de eerste transparante en flexibele aanraaksensor te maken die de ontwikkeling van kunstmatige huid voor gebruik in robotproductie mogelijk zou kunnen maken. Professor Craciun, van de afdeling Engineering van Exeter, gelooft dat de nieuwe ontdekking de weg zou kunnen effenen voor een "door grafeen aangedreven industriële revolutie".

Ze zei:"De visie voor een 'door grafeen aangedreven industriële revolutie' motiveert intensief onderzoek naar de synthese van hoogwaardige en goedkope grafeen. Momenteel, industrieel grafeen wordt geproduceerd met behulp van een techniek genaamd Chemical Vapour Deposition (CVD). Hoewel er de laatste jaren aanzienlijke vooruitgang is geboekt in deze techniek, het is nog steeds een duur en tijdrovend proces."

De onderzoekers van Exeter hebben nu een nieuwe techniek ontdekt, die grafeen laat groeien in een industrieel koudwandig CVD-systeem, een ultramodern apparaat dat onlangs is ontwikkeld door het Britse grafeenbedrijf Moorfield.

Dit zogenaamde nanoCVD-systeem is gebaseerd op een concept dat al wordt gebruikt voor andere fabricagedoeleinden in de halfgeleiderindustrie. Dit toont voor de allereerste keer aan de halfgeleiderindustrie een manier om grafeen mogelijk massaal te produceren met de huidige faciliteiten in plaats van hen te verplichten nieuwe fabrieken te bouwen. Deze nieuwe techniek laat grafeen 100 keer sneller groeien dan conventionele methoden, verlaagt de kosten met 99% en heeft een verbeterde elektronische kwaliteit.

Deze onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift, Geavanceerde materialen .

Dr. Jon Edgeworth, Technisch directeur van Moorfield zei:"We zijn erg enthousiast over het potentieel van deze doorbraak met behulp van Moorfield's technologie en kijken ernaar uit om te zien waar het de grafeenindustrie in de toekomst kan brengen."

Professor Seigo Tarucha van de Universiteit van Tokyo, coördinator van het Global Center of Excellence for Physics aan de universiteit van Tokyo en directeur van de Quantum Functional System Research Group bij Riken Center for Emergent Matter Science zei:"Het vermogen om hoogwaardige, grafeen met een groot oppervlak (tegen lage kosten) is essentieel om dit opwindende materiaal van pure wetenschap en proof-of-concept naar het rijk van conventionele en kwantumelektronische toepassingen te brengen. Na het starten van de samenwerking met de groep van professor Craciun, we gebruiken Exeter CVD-gegroeid grafeen in plaats van het geëxfolieerde materiaal in onze op grafeen gebaseerde apparaten, wanneer mogelijk."

Het onderzoeksteam gebruikte deze nieuwe techniek om de eerste op grafeen gebaseerde transparante en flexibele aanraaksensor te maken. Het team is van mening dat de sensoren niet alleen kunnen worden gebruikt om flexibelere elektronica te maken, maar ook een echt flexibele elektronische huid die kan worden gebruikt om de robots van de toekomst te revolutioneren.

Dokter Thomas Bointon, van Moorfield Nanotechnology en voormalig PhD-student in het team van professor Craciun in Exeter voegde toe:"Opkomende flexibele en draagbare technologieën zoals elektronica voor de gezondheidszorg en apparaten voor het oogsten van energie kunnen worden getransformeerd door de unieke eigenschappen van grafeen. De extreem kostenefficiënte procedure die we hebben ontwikkeld voor het voorbereiden van grafeen is van vitaal belang voor de snelle industriële exploitatie van grafeen."

Slechts één atoom dik, grafeen is de dunste stof die elektriciteit kan geleiden. Het is zeer flexibel en is een van de sterkste bekende materialen. Er is een wedloop gaande voor wetenschappers en ingenieurs om grafeen aan te passen voor flexibele elektronica.

Professor Saverio Russo, co-auteur en ook van de Universiteit van Exeter, toegevoegd:"Deze doorbraak zal de geboorte van nieuwe generaties flexibele elektronica voeden en biedt opwindende nieuwe kansen voor de realisatie van op grafeen gebaseerde disruptieve technologieën."

In 2012 hebben de teams van Prof Craciun en Profesor Russo, van het Centre for Graphene Science van de Universiteit van Exeter, ontdekte dat moleculen van ijzerchloride tussen twee grafeenlagen een geheel nieuw systeem vormen dat het bekendste transparante materiaal is dat elektriciteit kan geleiden. Hetzelfde team heeft onlangs ontdekt dat GraphExeter ook stabieler is dan veel transparante geleiders die gewoonlijk worden gebruikt door, bijvoorbeeld, de display-industrie.