Onderzoekers creëren grote grafeen kristallen met uitzonderlijke elektrische eigenschappen | Grafeen (graphene)
Onderzoekers creëren grote grafeen kristallen met uitzonderlijke elektrische eigenschappen

Grafeen is het allereerste tweedimensionaal atomair kristal, bestaande uit koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster.
Het dunste object ooit verkregen en waarschijnlijk ook de meest verbazingwekkende en veelzijdige stof beschikbaar voor de mensheid.

De meeste herkennen de ontginning van grafeen in een ‘top-down’ methode, als het restant op de plakband van één van Geim’s studenten die op een vrijdagmiddag de opdracht kreeg om in tegenstelling tot anders een proper stukje grafiet te ‘ontpellen’ in plaats van een aangetast stukje grafiet te ‘reinigen’.

‘Top-down’ zoals de ‘Scotch-Tape’ methode start van ‘iets’, dat er al was, naar isolering toe. ‘Bottom up’ beslaat groeien naar ‘iets’, een groeiproces.

Uiteraard is het interessanter om een betere manieren te vinden waarmee we grafeen in bulk, in de gewenste vorm, kunnen produceren dan de noodzaak te vervullen om met duizenden vlokjes grafiet te gaan pellen met plakband om toch wat grafeen te kunnen produceren. Niettemin de Scotch tape methode ons enorm hoog kwalitatief grafeen kan bezorgen.

Nu, onderzoekers aan de Universiteit van Texas in Austin wisten een nieuwe methode te ontwikkelen waarmee ze zeer grote vlokken van atomair monokristallijn grafeen kunnen groeien die uitstekende elektrische eigenschappen vertonen. De Austin ingenieurs beweren dat deze grafeen kristallen 10 000 keer groter zijn dan de grootste kristallen die ze vier jaar geleden konden produceren.

Uit het onderzoek kan men vaststellen dat wanneer de hoeveelheid zuurstof waaraan de kristallen worden blootgesteld bij het begin van hun groei beperkt blijft, dan alleen de meest fitte en sterkste overleven terwijl de andere kristallen niet langer groeien.

Dit betekent evenveel dat er minder kristallen groeien, maar degene die groeien (en overleven) veel groter zijn.
En bij kristallen uit grafeen is grootte van enorm belang.

“Het spel dat we spelen is dat we nucleatie – de groei van kleine kristal ‘zaden’ – willen laten optreden, maar we willen deze kleine kernen ook benutten en controleren hoeveel er van zijn en welke moeten groeien,” zei hoogleraar Rodney S. Ruoff ( Cockrell School of Engineering).
“Zuurstof in de juiste oppervlakte concentratie betekent dat er slechts een paar kernen groeien, en dat de winnaars kunnen uitgroeien tot zeer grote kristallen.”

Sanjay Banerjee, die aan het hoofd staat van de Zuidwest Academie van nano-elektronica in de Cockrell School aan het UT Austin, is van mening dat deze nieuwe productiemethode een fundamentele doorbraak is in de commercialisering van grafeen.

“Door het domein van het monokristallijn te verhogen zullen de elektronische transport eigenschappen drastisch verbeteren en leiden tot nieuwe toepassingen in flexibele elektronica,” zegt Banerjee in het persbericht.

De zuurstof besturingsmethode liet de onderzoekers toe om het kristal te vergroten van een millimeter tot een centimeter. En in plaats van zeshoekige kristallen te produceren, creëert men kristallen met meerdere vertakte randen die op een sneeuwvlok lijken, een fractaal.

“Op de lange termijn is het misschien mogelijk om monokristallen met de lengte van een meter te bereiken,” zegt Ruoff in de release.
“Dit is mogelijk met andere materialen, zoals silicium en kwarts.
Zelfs een centimeter kristalgrootte – indien de korrelgrenzen niet te gebrekkig zijn – is uiterst aanzienlijk “.

Als de methode schaalbaar is en het grafeen van de kwaliteit is die zij rapporteren dan bestaat de uitdaging eruit om deze ontdekking in daadwerkelijke producten om te zetten.

We gaan er nogal licht over maar ‘licht’ bracht ons bij het volgende:
Een ‘toevallige’ ontdekking eerder deze week toen een studente tot de conclusie kwam wanneer een kristal (niet grafeen maar strontiumtitanaat) blootgesteld werd aan licht, de elektrische geleidbaarheid tot 400 keer kan verhogen.

Vanuit het oogpunt om ons licht op grafeen te schijnen (en ook andere fundamentale vragen) kunnen de resultaten van dit ‘groei’ onderzoek van kapitaal belang zijn.

Photo: UT Austin
Bron: utexas.edu


3D print schaalmodel structuur grafeen