Waterstof kan de sleutel zijn tot productie van grafeen van hoge kwaliteit | Grafeen (graphene)
Waterstof kan de sleutel zijn tot productie van grafeen van hoge kwaliteit

Een nieuwe benadering voor het vervaardigen van grafeen geeft een aanzienlijke vermindering van de problemen waarmee onderzoekers tot nu toe worden geconfronteerd. Uit onderzoek op het Oak Ridge National Laboratory is gebleken dat vooral waterstof – en niet koolstof – bepalend is voor de vorm en grootte van de grafeendeeltjes.

Het onderzoek werd uitgevoerd door een team onder leiding van Ivan Vlassiouk van ORNL in Oak Ridge en Sergei Smirnov, hoogleraar chemie aan de New Mexico State University. De resultaten zijn gepubliceerd in in ACS Nano. “Waterstof initieert niet alleen de groei van grafeen, maar regelt ook de vrom en grootte”, zegt Vlassiouk. “In ons artikel beschrijven we een methode om goed gedefinieerde grafeendeeltjes (‘grains’) te maken met perfecte hexagonale vorm voor een foutloze monokristalstructuur”.

De afgelopen twee jaar omvatte de productie van grafeen de decompositie van koolstof bevattende gassen, zoals methaan, op een koperen folie onder hoge temperatuur – de zogeheten chemische dampdepositiemethode. Er was nog maar weinig bekend over het exacte proces, maar onderzoekers moesten een beter inzicht krijgen in het mechanisme, om grafeenfilms van hoge kwaliteit te kunnen produceren. Tot nu toe bestonden die films uit onregelmatig gevormde grafeendeeltjes met verschillende afmetingen – gewoonlijk geen monokristallen.

“We hebben aangetoond dat, tot onze verrassing, niet de koolstof en het substraat de vorm en grootte van de deeltjes bepalen”, zegt Vlassiouk, “maar dat waterstof, waarvan we dachten dat het slechts een passieve rol speelde, ook cruciaal was bij de grafeenproductie. Het draagt zowel bij aan de activering van adsorbeerde moleculen die de grafeengroei initiëren, als aan het elimineren van zwakke verbindingen aan de randen die van invloed zijn op de kwaliteit van het materiaal”.

Met hun nieuwe recept hebben Vlassiouk en zijn collega’s een nieuwe weg gevonden naar de betrouwbare synthese van grafeen op grote schaal. Doordat ze de grootte en de vorm van de deeltjes kunnen beheersen, zou dat leidentot verbeterde functionaliteit van het materiaal in halfgeleiders en honderden elektronische producten.

Bron: www.engineersonline.nl


3D print schaalmodel structuur grafeen