Teadlased avastasid meetodi, mis vähendab kõrgkvaliteedilise grafeeni valmistamiseks vajatavat temperatuuri pea poole võrra. See tehnika avab grafeenile, mida peetakse 21. sajandi imematerjaliks, uusi uksi.
Cambridge’i Ülikooli Inseneriteaduste Osakonna teadlased lisasid nikkelkile pinnale pisikese koguse kulda, millele seejärel kasvatati grafeen. Saadud sulam tähendas seda, et grafeen kasvatati 450 kraadi juures vastupidiselt muidu vajalikule 1000 kraadile. Lisaks said teadlased uurimuse käigus rohkem informatsiooni sellest, kuidas grafeen protsessi jooksul moodustub, kirjutab Physorg.com.
Grafeeni kasvatamine kulla ja nikli sulamile. Pilt: Robert Weatherup
,,Alles siis, kui me olime saanud selge pildi sellest, kuidas grafeen kasvab, suutsime me seda kasvu kontrollida ning ratsionaalselt katalüsaatori – nikli – valmistata, et seda parandada,” sõnas uurimust juhtinud Robert Weatherup. ,,Selle mõistmine on huvitav teaduslik vaatepunkt, kuid selle teadmise kasutamine kasvuprotsessi parandamiseks on meie töö kasulikuks tulemuseks.”
Senini on teadlased pidanud grafeeni valmistamiseks kasutama keemilist aursadestusmeetodit. Selles protsessis asetatakse katalüsaatorkile – mõnikord nikkel, mõnikord vask – kõrge temperatuuri juures süsinikku sisaldavasse auru. Seejärel moodustub kile pinnale grafeen. Vajatav temperatuur on siiani olnud umbes 1000 kraadi. See tekitab aga probleemi, sest kõrgekasvulised temperatuurid kahjustavad tugevalt materjale, mida tavapäraselt elektroonikas kasutatakse, mis tähendab aga seda, et grafeeni ei saa elektroonikas kasutatavatele vooluringidele otseselt sadestada.
Weatherupi ja samuti uurimust juhtinud Bernhard Bayeri kasutatav nikkelkile koos vähese koguse kullaga viis aga vajaliku temperatuuri vaid 450 kraadini. Lisaks vähendab kasutatud sulam nende kohtade arvu, kuhu grafeen sadestub, sest kuld blokeerib grafeeni kasvu.
See tähendab seda, et kui iga grafeenhelbeke tekib, siis kasvab see suuremaks ning pikemaks enne, kui see teise helbekesega liitub. Et grafeeni helveste liitumiskohtasid läbivad elektronid vähem hälbivad, siis paraneb ka grafeeni juhtivus. Tulemuseks saadav grafeen vajab sadestamiseks väiksemat temperatuuri kuid on siiski väga kõrge kvaliteediga, sobides nii tuleviku elektroonikarakendustesse.
Protsessi jooksul kasutasid teadlased ka spetsiaalseid tehnikaid, et grafeeni selle kasvu jooksul jälgida. Teadlased tõestasid kindlalt, et grafeeni kasv ei toimu ainult siis, kui aine jahtub(nagu mõned akadeemikud varem arvasid) ning et selle kasvu ei mõjuta mitte ainult katalüsaatorkile pind, vaid ka selle all asuva kile vastav ala.
“Ideaalis tahaksime me kasvatada grafeeni otse pooljuhtsubstraadi pinnale, sest hetkel tuleb sulam pärast grafeeni kasvatamist selle alt eemaldada, et seda rakendustes kasutada,” sõnas Weatherup. ,,Probleem seisneb selles, et pooljuhid on süsinikku sisaldavast gaasist grafeeni valmistamisel üpriski halvad.”
“Grafeeni kasvatamine on alles väga noor uurimisala, kuid see areneb uskumatult kiiresti. Katalüsaatori sulamiks muutmine, nagu meie tegime, on selle protsessi parandamisel täiesti uus lähenemine ning me eeldame, et selle edasine uurimine viib grafeeni tootmise parandamiseni ning ehk ka madalamate temperatuuride kasutamiseni,” lisas ta.
Teadusartikkel: “In Situ Characterization of Alloy Catalysts for Low-Temperature Graphene Growth“
Leave a Reply