Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali innowacyjną metodę syntezy grafenu na powierzchni węglika krzemu. Dzięki niej, materiał ten może wkrótce być szeroko wykorzystywany we współczesnej mikroelektronice.
Grafen jest uważany za jeden z najbardziej obiecujących materiałów przyszłości. Może znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak: elektronika, optoelektronika, spintronika czy sensory.
Technologia, która zmieni nasze życie
Grafen jest dwuwymiarowym materiałem, składającym się z atomów węgla uporządkowanych w strukturę plastra miodu. Ze względu na swoje wyjątkowe właściwości fizykochemiczne, takie jak wytrzymałość, elastyczność, doskonałe przewodnictwo elektryczne oraz cieplne, bywa nazywany materiałem przyszłości. Po przyznaniu w 2010 r. Nagrody Nobla za odkrycie tego materiału, naukowcy z całego świata rozpoczęli poszukiwanie możliwości jego zastosowania.
Wydaje się, że grafen największej rewolucji może dokonać w elektronice, zwłaszcza elektronice analogowej oraz, w przyszłości, w elektronice kwantowej. Ze względu na wyczerpywanie możliwości optymalizacji technologii opartych na tradycyjnych materiałach naukowcy od dawna poszukują nowoczesnych związków o parametrach pozwalających na przekroczenie dotychczasowych barier i jednocześnie dobrze działających w nanoskali (nanometr jest milionową częścią milimetra). W takich warunkach idealnie spisują się warstwy oraz wstążki grafenowe, którym można nadać właściwości pozwalające na ich wykorzystanie w podstawowych urządzeniach elektronicznych, np. tranzystorach.
Mimo licznych prac badawczych prowadzonych w ciągu ostatnich lat, dużym wyzwaniem pozostaje opracowanie metody, pozwalającej na powtarzalną produkcję makroskopowego, wysokiej jakości grafenu. Przełomu dokonali polscy naukowcy.
Grafen dla każdego
Naukowcy z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali nową metodę produkcji, która umożliwia bardzo precyzyjną kontrolę warunków wzrostu materiału oraz poprawę czystości procesu o rzędy wielkości w porównaniu z metodami konkurencyjnymi. Naukowcy użyli w procesie wiązki molekularnego i atomowego krzemu, która zwiększa uporządkowanie wytwarzanych warstw grafenu bez zakłócania struktury powierzchni węglika krzemu.
Grafen wytworzony z wykorzystaniem technologii rozwijanej na Uniwersytecie Jagiellońskim charakteryzuje się wysoką jakością, jednorodnością i niewielką ilością defektów. Powierzchnia powstała w procesie syntezy pozbawiona jest wysokich stopni zakłócających przepływ prądu, dzięki czemu parametry grafenu są izotropowe (takie same w każdym kierunku). Dzięki syntezie bezpośrednio na izolującym podłożu, wytworzony materiał jest gotowy do zastosowania i nie wymaga dalszej obróbki.
Opracowana metoda jest wysoce powtarzalna i pozwala na szybkie wytwarzanie grafenu – czas produkcji jednej partii to zaledwie 4 godziny. Proces jest również efektywny energetycznie, wysoce skalowalny, a koszty produkcji konkurencyjne. Metoda pozwala na osiągnięcie wyjątkowej czystości pośród innych procesów produkcyjnych – wytwarzanie grafenu odbywa się w warunkach ultrawysokiej próżni – jest przyjazna środowisku i nie wymaga stosowania agresywnych chemikaliów. Jest też praktycznie pozbawiona odpadów przemysłowych.
Naukowcy z UJ stworzyli prototypowy układ produkcyjny pozwalający na wytworzenie oraz scharakteryzowanie próbki wysokiej jakości grafenu o wymiarach ok. 1 cm x 1 cm. Oferowane rozwiązanie jest przedmiotem szeregu zgłoszeń patentowych. Dalsze prace nad jego rozwojem prowadzą naukowcy z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej oraz spółka spin-off: BeeGraphene, utworzona w celu komercjalizacji metody i wdrożenia jej do gospodarki. Więcej informacji o samym grafenie oraz o rozwijanej technologii można znaleźć na stronie internetowej www.beegraphene.com.
Nauka da Społeczeństwa, Ministerstwo Nauki