Gebruikmakend van de energie van de zon en grafeen toegepast op het oppervlak van kubisch siliciumcarbide, onderzoekers van de Universiteit van Linköping, Zweden, werken aan een methode om water en kooldioxide om te zetten in de duurzame energie van de toekomst. Ze hebben nu een belangrijke stap gezet in de richting van dit doel, rapporteert een methode die het mogelijk maakt om grafeen met meerdere lagen te produceren in een strak gecontroleerd proces. De onderzoekers hebben ook aangetoond dat grafeen onder bepaalde omstandigheden als supergeleider werkt. Hun resultaten zijn gepubliceerd in de wetenschappelijke tijdschriften Koolstof en Nano-letters .

Koolstof, zuurstof en waterstof zijn de drie elementen die worden verkregen door moleculen van koolstofdioxide en water uit elkaar te halen. Dezelfde elementen zijn de bouwstenen van chemische stoffen die worden gebruikt voor brandstof, zoals ethanol en methaan. De omzetting van kooldioxide en water in hernieuwbare brandstof kan een alternatief bieden voor fossiele brandstoffen en bijdragen aan het verminderen van de uitstoot van kooldioxide in de atmosfeer. Jianwu zon, hoofddocent aan de Universiteit van Linköping, probeert een manier te vinden om dat te doen.

Onderzoekers van de Universiteit van Linköping hebben eerder een toonaangevende methode ontwikkeld om kubisch siliciumcarbide te produceren, dat bestaat uit silicium en koolstof. De kubische vorm heeft het vermogen om energie van de zon op te vangen en ladingsdragers te creëren. Dit is, echter, niet voldoende. grafeen, een van de dunste materialen ooit geproduceerd, speelt een belangrijke rol in het project. Het materiaal bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die aan elkaar zijn gebonden in een hexagonaal rooster. Grafeen heeft een hoog vermogen om elektrische stroom te geleiden, een eigenschap die nuttig zou zijn voor de omzetting van zonne-energie. Het heeft ook een aantal unieke eigenschappen, en mogelijke toepassingen van grafeen worden over de hele wereld uitgebreid bestudeerd.

In recente jaren, de onderzoekers hebben geprobeerd het proces waarmee grafeen op een oppervlak groeit te verbeteren om zo de eigenschappen van het grafeen te beheersen. Hun recente vooruitgang wordt beschreven in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Koolstof .

"Het is relatief eenvoudig om één laag grafeen op siliciumcarbide te kweken. Maar het is een grotere uitdaging om uniform grafeen met een groot oppervlak te kweken dat uit meerdere lagen op elkaar bestaat. We hebben nu laten zien dat het mogelijk is om uniform grafeen te kweken dat op een gecontroleerde manier uit maximaal vier lagen bestaat, " zegt Jianwu Sun van het departement Natuurkunde, Scheikunde en biologie aan de Universiteit van Linköping.

Een van de problemen van meerlaags grafeen is dat het oppervlak ongelijkmatig wordt wanneer verschillende aantallen lagen op verschillende locaties groeien. De rand wanneer een laag eindigt, heeft de vorm van een klein, trap op nanoschaal. Vlakke lagen zijn wenselijk, dus deze stappen zijn een probleem, vooral wanneer de stappen zich op één locatie ophopen, als een verkeerd gebouwde trap waarin meerdere treden zijn samengevoegd tot één grote trede. De onderzoekers hebben nu een manier gevonden om deze grote, verenigde stappen door het grafeen te laten groeien bij een zorgvuldig gecontroleerde temperatuur. Verder, de onderzoekers hebben aangetoond dat hun methode het mogelijk maakt om te bepalen hoeveel lagen het grafeen zal bevatten. Dit is de eerste belangrijke stap in een lopend onderzoeksproject dat tot doel heeft brandstof te maken uit water en koolstofdioxide.

In een nauw verwant artikel in het tijdschrift Nano-letters , de onderzoekers beschrijven onderzoek naar de elektronische eigenschappen van meerlaags grafeen dat is gegroeid op kubisch siliciumcarbide.

"We ontdekten dat meerlaags grafeen extreem veelbelovende elektrische eigenschappen heeft waardoor het materiaal als supergeleider kan worden gebruikt, een materiaal dat elektrische stroom geleidt zonder elektrische weerstand. Deze speciale eigenschap ontstaat alleen wanneer de grafeenlagen op een speciale manier ten opzichte van elkaar zijn gerangschikt, " zegt Jianwu Sun.

Theoretische berekeningen hadden voorspeld dat meerlaags grafeen supergeleidende eigenschappen zou hebben, mits de lagen op een bepaalde manier zijn gerangschikt. In de nieuwe studie de onderzoekers tonen voor het eerst experimenteel aan dat dit het geval is. Supergeleidende magneten zijn extreem krachtige magneten die worden gebruikt in medische magnetische resonantiecamera's en in deeltjesversnellers. Er zijn veel potentiële toepassingsgebieden voor supergeleiders, zoals elektrische voedingslijnen zonder energieverlies, en hogesnelheidstreinen die op een magnetisch veld drijven. Het gebruik ervan wordt momenteel beperkt door het onvermogen om supergeleiders te produceren die bij kamertemperatuur werken. De momenteel beschikbare supergeleiders werken alleen bij extreem lage temperaturen.