Een groep wetenschappers van de National Research Nuclear University MEPhI (Rusland) en een reeks buitenlandse universiteiten hebben een industriële technologie ontwikkeld voor de zuivering van grafeen, die een hogere stabiliteit heeft onder invloed van agressieve zuurstofvrije radicalen. Deze ontdekking is van cruciaal belang voor de ontwikkeling van nano-elektronica.

Grafeen is een kristallijne koolstoffilm met de dikte van één atoom. Dankzij zijn unieke eigenschappen (speciale elektronische eigenschappen, hoge geleidbaarheid, transparantie voor licht, een vermogen tot mechanisch strekken en andere), grafeen is een veelbelovend materiaal waar veel vraag naar is in nano-elektronica.

Bij de fabricage van verschillende nano-elektronische apparaten wordt een polymeerlaag op grafeen aangebracht en vervolgens afgepeld. De overblijfselen van die coating "vervuilen" het grafeen, het verminderen van de mobiliteit van ladingsdragers daarin. Verschillende behandelmethoden (thermisch gloeien, plasmastrippen en chemische oplosmiddelen) kunnen de polymeerresten verwijderen, maar ze verslechteren de kwaliteit van het grafeen. Bijvoorbeeld, ozon, die een hoge reactiviteit heeft, wordt veel gebruikt. Echter, onder invloed van ozon, niet alleen wordt het polymeerresidu vernietigd, maar defecten verschijnen in het grafeen, wat leidt tot de verslechtering van zijn kenmerken. Wetenschappers van MEPhI zijn erin geslaagd grafeen te verkrijgen met een zeer hoge stabiliteit tegen ozonisatie met behulp van sublimatie bij hoge temperatuur van siliciumcarbide (SiC). Het verkregen grafeen houdt meer dan 10 minuten contact met de ozon, terwijl gewoon grafeen onder dergelijke omstandigheden zijn eigenschappen in slechts drie of vier minuten verliest. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Koolstof .

Wetenschappers uit Griekenland, Frankrijk en Zweden droegen bij. Met behulp van computermodellering de experts waren in staat om de redenen te achterhalen dat SiC-grafeen de stabiliteit verhoogde onder de invloed van agressieve zuurstofvrije radicalen. De abnormale stabiliteit van het nieuwe grafeen bleek verband te houden met de lage ruwheid van epitaxiaal grafeen op het SiC-substraat (epitaxie is een natuurlijke ophoping van het ene kristallijne materiaal op het oppervlak van het andere).

"Er werd vastgesteld dat het gebruikelijke 'ruwe' grafeen kwetsbaarder is vanwege de aanwezigheid van convexe gebieden; deze gebieden vertonen een hoge reactiviteit op de vorming van epoxygroepen, die zijn integriteit vernietigen, " zei Konstantin Katin, Universitair docent van de afdeling gecondenseerde materiefysica aan het MEPhI Institute of Nanotechnology in Electronics, fotonica, en Spintronica. "De resultaten laten zien dat het technologische proces voor de productie van industrieel grafeen met verbeterde eigenschappen de nanofabricage van grafeen op basis van siliciumcarbide met de daaropvolgende ozonisatie kan inhouden. Ozonering zelf is een effectieve manier om op enigerlei wijze verkregen grafeen op te ruimen. De enige beperking van de zuiveringstechnieken heeft te maken met de mogelijke ruwheid van het grafeenblad - het zou praktisch perfect glad moeten zijn, " zei Michail Maslov, Universitair docent van de vakgroep fysica van de gecondenseerde materie.

De ontdekking van de wetenschappers zal een basis worden voor technologieën om hoogwaardig industrieel grafeen met stabiele elektronische eigenschappen te zuiveren.