Onderzoekers van het Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific) bedachten een nieuwe manier om grafeen elektrisch in contact te brengen met vloeibare metalen in plaats van typische stijve elektroden zoals goud en zilver. Met behulp van deze nieuwe methode, het team toonde een lage contactweerstand aan met een grafeenmateriaal dat vergelijkbaar is met de beste voorbeelden gepubliceerd in de wetenschappelijke literatuur, maar met extra voordelen zoals flexibiliteit en lage kosten.

Deze ontwikkeling, samen met baanbrekend onderzoek naar grafeen en multispectrale detectie, verdiende het team van vijf onderzoekers de 2016 Federal Laboratory Consortium (FLC) Far West Regional Award in de categorie Outstanding Technology Development. SSC Pacific is het onderzoeks- en ontwikkelingslaboratorium van de marine dat de superioriteit van Information Warfare moet waarborgen.

Sinds de ontdekking in 2004, grafeen wordt beschouwd als het materiaal van de toekomst vanwege zijn unieke en wenselijke eigenschappen:lichtgewicht, flexibel, en een uitstekende geleider van elektriciteit. De enkele laag koolstofatomen van grafeen is een miljoen keer dunner dan papier, en toch het sterkste bekende materiaal voor zijn grootte.

Grafeen wordt geproduceerd door een proces dat chemische dampafzetting (CVD) wordt genoemd. Typisch, grafeen wordt tijdens het CVD-proces op kopermateriaal gekweekt, en vervolgens wordt het grafeen-kopermonster overgebracht op een gewenst substraat waar het koper wordt weggeëtst. Dit etsproces vereist agressieve chemicaliën, en leidt vaak tot vervuiling van het grafeen, onbruikbaar maken. De nieuwe procedure van SSC Pacific maakt gebruik van een schonere elektrolyse-overdrachtsmethode die het grafeen voorzichtig van koper scheidt door elektrisch geïnduceerde bellen in een waterbad.

SSC Pacific-teamleden, in samenwerking met de University of Hawaii's College of Engineering, neem dit ongerepte grafeen en gebruik galinstan (een niet-giftig vloeibaar metaal) om schoon, betrouwbare elektrische contacten. Vanwege het vermogen van vloeibaar metaal om zich aan oppervlakken aan te passen, het vormt een beter elektrisch contact met vaste materialen die slechts tot een nominale oppervlakteruwheid leiden. Het gebruik van vloeibaar metaal stelt SSC Pacific-onderzoekers in staat om snel prototype-apparaten te fabriceren, waardoor ze zich kunnen concentreren op de nieuwe fenomenen.

Vloeibaar-metaalelektroden maken niet alleen op grafeen gebaseerde sensorproductie efficiënter, de flexibele eigenschappen van de elektroden breiden ook de potentiële toepassingen van het materiaal aanzienlijk uit.

"Dit is bijzonder omdat het ons in staat stelt om toepassingen in flexibele apparaten te verkennen, " zei Richard Ordonez, een SSC Pacific-teamlid. "Voor de strijder, dat betekent een flexibele, transparant en optisch materiaal."

De FLC-prijs erkende ook het baanbrekende onderzoek van de groep naar grafeen en multispectrale detectie; de onderzoekers hebben voor het eerst bewezen dat grafeen kan worden gecombineerd met geïntegreerde schakelingen om elektromagnetische signalen te detecteren, wat betekent dat er potentieel is voor op grafeen gebaseerde producten die kunnen schakelen tussen zichtbare, infrarood, en radiofrequentiemodi.

Nemen, bijvoorbeeld, de nachtkijker waar het grafeenteam aan werkt. In plaats van de omvangrijke versie die vandaag bestaat, die een slecht perifeer zicht en beperkte infraroodcapaciteit heeft, de bril van de toekomst zou gemaakt zijn van grafeen. Ze zouden lichtgewicht zijn, zich aanpassen aan het gezicht van de gebruiker voor een volledig gezichtsveld, en afstembaar zijn om in verschillende spectrums te werken.

Andere maritieme toepassingen van de technologie kunnen sensoren van de volgende generatie zijn, herconfigureerbare antennes, en lichtgewicht kleding en uitrusting, inclusief camouflagemateriaal om binnenkomende signalen actief te onderdrukken. Er zijn ook veel mogelijkheden voor commercieel gebruik van het materiaal, vooral in de wearables-markt.

Teamleden die met de prijs worden geëerd, zijn onder meer Nick Kamin, Dr. James Adleman, Cody Hayashi, Richard Ordonez, en Dr. Carlos Torres.

Meer gedetailleerde beschrijvingen van de wetenschappelijke vooruitgang achter de prijs zijn te vinden in een paper gepubliceerd in IEEE-transacties op elektronische apparaten .

Aanvullend SSC Pacific-grafeenonderzoek naar de dual-mode werking van 2D op materiaal gebaseerde hete elektronentransistoren werd onlangs gepubliceerd in De wetenschappelijke rapporten van de natuur .