Onderzoekers ontdekten een procedure om defecte grafeenoxidestructuren te herstellen die ervoor zorgen dat het materiaal een lage dragermobiliteit vertoont. Door een reductiebehandeling bij hoge temperatuur toe te passen in een ethanolomgeving, defecte structuren werden hersteld, wat leidt tot de vorming van een zeer kristallijne grafeenfilm met uitstekend bandachtig transport. Deze bevindingen zullen naar verwachting in gebruik worden genomen in schaalbare productietechnieken van zeer kristallijne grafeenfilms.

Grafeen is een materiaal met uitstekende elektrische geleidbaarheid, mechanische kracht, chemische stabiliteit, en een groot oppervlak. De structuur bestaat uit een één atoom dikke laag koolstofatomen. Door zijn positieve eigenschappen, over de hele wereld wordt onderzoek gedaan naar de synthese en toepassing ervan op elektronische apparaten. Hoewel het mogelijk is om grafeen te maken van grafeenoxide (GO), een materiaal geproduceerd door chemische afschilfering van grafiet door oxidatieve behandeling, deze behandeling veroorzaakt defecte structuren en het bestaan ​​​​van zuurstofhoudende groepen, waardoor GO lage geleidende eigenschappen vertoont. Tot dusver, vervoerder mobiliteit, de basisindicator waarmee de prestaties van de transistor worden uitgedrukt, bleef hooguit enkele cm2/Vs. Een groep onderzoekers onder leiding van Ryota Negishi, assistent professor, en Yoshihiro Kobayashi, professor, Graduate School of Engineering, Universiteit van Osaka; Masashi Akabori, Collega Professor, Japan Geavanceerd Instituut voor Wetenschap en Technologie; Takahiro Ito, Collega Professor, Graduate School of Engineering, Universiteit van Nagoya; en Yoshio Watanabe, Vice-directeur, Aichi Synchrotron Stralingscentrum, hebben een reductiebehandeling ontwikkeld waardoor de kristalliniteit van GO drastisch werd verbeterd.

De onderzoekers bedekten een substraat met 1-3 extreem dunne lagen GO en voegden een kleine hoeveelheid ethanol toe aan het reductieproces bij hoge temperatuur tot 1100°C. De toevoeging van het op koolstof gebaseerde ethanolgas leidde tot het effectieve herstel van de defecte grafeenstructuur. Voor het eerst ter wereld, deze groep slaagde erin een bandachtig transport waar te nemen dat de intrinsieke elektrische transporteigenschappen in chemisch gereduceerde GO-films weerspiegelt. Bandachtig transport is een geleidingsmechanisme waarbij de dragers de periodieke elektrische mechanismen in vaste kristallen gebruiken als een transmissiegolf. Het waargenomen bandtransport in deze studie bereikte een dragermobiliteit van ~210 cm2/Vs, momenteel het hoogste niveau waargenomen in chemisch gereduceerde GO-films.

De succesvolle creatie van dunne grafeenfilms bereikt door de bovenstaande reductiemethode heeft de mogelijkheid geopend voor hun toepassing in een diverse reeks elektronische apparaten en sensoren. De bevindingen van deze onderzoeksgroep vormen een mijlpaal in de ontwikkeling van schaalbare materialen die gebruik maken van de uitstekende fysische eigenschappen van grafeen.

Dit onderzoek was te zien in Wetenschappelijke rapporten (Nature Publishing Group) op 1 juli 2016.