Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výroba grafenu pro průmyslové použití stále představuje problém. Grafen lze sice získat z obyčejné tuhy pomocí lepicí pásky (exfoliace), jenže tento proces je velmi neefektivní a vede k malým vločkám (velikost v mikrometrech, milimetrech…), které se hodí spíše pro laboratorní experimenty než pro průmyslové aplikace. Druhá hlavní metoda, chemická depozice z par (CVD) spočívá v průchodu plynu obsahujícího uhlík, například metanu, přes měděný povrch při dostatečně vysoké teplotě (asi 1 000 °C); metan (nebo jiná molekula) se rozpadne a atomy uhlíku vytvoří na substrátu vrstvu grafenu. Pomocí CVD lze vytvořit vzorky grafenu o velikosti centimetrů nebo dokonce metrů. Navzdory dlouholetému úsilí výzkumných skupin z celého světa však vzorky syntetizované CVD dosud trpěly problémy s reprodukovatelností postupu a proměnlivou kvalitou výsledku.
Vědci z Columbia University, University of Montreal a National Institute of Standards and Technology nyní tvrdí, že problém se jim podařilo konečně vyřešit. „Ukázali jsme, že odstranění prakticky veškerého kyslíku při procesu růstu grafenu je klíčem k dosažení reprodukovatelné a vysoce kvalitní syntézy grafenu metodou CVD,“ uvedl hlavní autor studie James Hone z Kolumbijské univerzity. „Je to milník na cestě k velkokapacitní výrobě grafenu.“ Technika se označuje jako OF-CVD (oxygen free).
Již v předchozích publikacích spoluautoři nové studie Richard Martel a Pierre Levesque ukázali, že stopové množství kyslíku může zpomalit proces růstu a nebo grafen dokonce „vyleptat“. Nyní vědci zjistili, že po odstranění i stopového množství kyslíku je růst pomocí CVD mnohem rychlejší – a výsledky reakce jsou také dobře reprodukovatelné. Studovali také kinetiku růstu grafenu při CVD bez kyslíku a došli k závěru, že jednoduchý model dokáže předpovědět rychlost růstu v rozsahu různých parametrů, včetně tlaku plynu a teploty.
Kvalita vzorků vypěstovaných metodou OF-CVD je prakticky totožná s kvalitou exfoliovaného grafenu. U takto vyrobeného grafenu se rovněž nápadně projevil frakční kvantový Hallův jev v magnetickém poli, což se dosud podařilo pozorovat jen u ultrakvalitního grafenu.
A dál? Velmi nadějné by bylo, kdyby namísto substrátu z mědi mohl podobně kvalitní grafen růst i na jiných materiálech, speciálně na křemíku.
Reproducible graphene synthesis by oxygen-free chemical vapour deposition, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07454-5. www.nature.com/articles/s41586-024-07454-5
Zdroj: Columbia University School of Engineering and Applied Science / Phys.org
