Sciencemag.cz
Doporučujeme
Monokrystal grafenu můžeme rozřezat, kousky pečlivě rozmístit a nechat srůst dalším uhlíkem, čímž vznikne větší fólie.
Výroba grafenu v posledních letech výrazně zlevnila na řádově 50 dolarů za kilogram, nicméně takový grafen není příliš kvalitní a pro mnohé aplikace se nehodí. Požadované elektrické vlastnosti levného grafenu narušují různé defekty krystalové mřížky. Takové vady se typicky objevují při nejrozšířenějším způsobu výroby grafenu, chemické depozici z par (CVD). I při této výrobě lze potlačovat vznik dalších nukleačních míst a získat různě velký monokrystal, vše je v důsledku toho ale časově náročnější a dražší. Růst monokrystalů grafenu na monokrystalickém katalytickém substrátu je opět relativně drahý (minimálně o cenu speciálního substrátu). Potíž je také v tom, že vždy získáme pouze grafenové fólie určitých rozměrů.
Dongmok Whang ze Sungkyunkwan University a Jae-Hyun Lee z Ajou University (oboje Jižní Korea) namísto toho nyní zkoušejí zlevnit větší folie grafenu tak, že více monokrystalů nechávají srůst na běžných substrátech (ty už nemusejí být nějak speciálně monokrystalické). Víc kusů se dokáže za určitých podmínek propojovat bez toho, aby na místech doteku vznikaly „švy“, otvory a jiné deformace pravidelné struktury. Příslušná „semena“ grafenu je třeba na plochu umístit přesně, tj. zarovnat. Při pokusech s pěstováním grafenu na germaniu autoři výzkumu také zaznamenali, že mezi substrátem a grafenem se vytvářela vrstva vodíku (poznámka PH: Ten se tam vzal kde? Zřejmě se prováděla chemická depozice par, kdy grafen vzniká z methanu apod., viz dále), která manipulaci s grafenem usnadňovala. Navíc pokud už při růstu vzniknou nějaké vady, v dalším průběhu procesu může dojít k jejich odstranění a potřebnému „zarovnání“.
Takto vznikající grafen by měl mít parametry vyhovující i pro aplikace v elektronice. Dokonce se může vyplatit i vzít původní monokrystal, rozřezat ho, kousky pečlivě rozmístit a nechat srůst dalším uhlíkem, čímž vznikne větší než původní fólie. Je jednodušší/levnější nechávat krystal dorůstat než vytvářet od nuly (poznámka: hrubá analogie, snad jako když si v potravinářství nechává kus kvásku). Z kousků grafenu o velikosti 10 mikrometrů šlo při vzdálenostech „semen“ od sebe asi 50 mikrometrů na (relativně) levné polykrystalické platině získat fólii asi 2 x 2 cm. V jednom kroku procesu lze tedy získat fólii cca 5krát větší, než byla ta původní.
Dalším cílem je výrobní zařízení upravit tak, aby umožňovalo přidávat další grafen depozicí par i ve větším měřítku. Platina lze navíc recyklovat a znovupoužití substrátu by na kvalitu výsledného grafenu nemělo mít negativní dopad (na rozdíl od jiných metod, růst na monokrystalech, viz výše). Když se pak testovaly vlastnosti výsledného substrátu, elektrony mezi semeny a na místech původních semen měly stejnou pohyblivost (změřená vodivost mezi semeny byla spíše průměrem dvou sousedních semen, než že by poklesla).
Může se ukázat, že takto navržený postup umožní optimalizovat výrobu nejen grafenu, ale i dalších 2D materiálů.
Hyeon-Sik Jang et al. Toward scalable growth for single-crystal graphene on polycrystalline metal foil, ACS Nano 2020. DOI: 10.1021/acsnano.9b08305
Zdroj: ASC Nano/Phys.org
