211service.com
Større, strækbare grafen
Koreanske forskere har fundet en måde at lave store grafenfilm, der både er stærke og elastiske og har de bedste elektriske egenskaber til dato. Disse atomtykke plader af kulstof er et lovende materiale til fremstilling af fleksible, gennemsigtige elektroder og transistorer til fladskærme. Grafen kan også føre til foldbare organiske lysemitterende diode (OLED)-skærme og organiske solceller. Det har dog ikke været let at finde en måde at lave store, højkvalitets ark af grafen.
Stor og bøjelig: En gennemsigtig grafenfilm, to centimeter på hver side, strækkes og bøjes, når den overføres til et gummistempel. Stemplet kan bruges til at afsætte filmen på ethvert underlag.
Forskere fra Sungkyunkwan University og Samsung Advanced Institute of Technology i Suwon, Korea, har lavet centimeter brede grafenfilm, der er 80 procent gennemsigtige og kan bøjes og strækkes uden at gå i stykker eller miste deres elektriske egenskaber. Andre har lavet store grafenfilm ved hjælp af enklere teknikker, men de nye film er 30 gange mere ledende. Derudover er det nemt at overføre de nye film til forskellige underlag. Vi har vist, at grafen er et af de bedste materialer til strækbar transparent elektronik, siger Byung Hee Hong , der ledede værket, som udgives i Natur .
Grafen er en fremragende leder, og det transporterer elektroner titusinder gange hurtigere, end silicium gør. Det kunne erstatte de skøre indiumtinoxid (ITO) elektroder, der i øjeblikket bruges i skærme, organiske solceller og berøringsskærme. Grafentransistorer kunne også erstatte silicium-tyndfilmstransistorer, som ikke er gennemsigtige og er svære at fremstille på plastik.
Den nemmeste måde at lave små flager af højkvalitets grafen på er at skrælle grafenlag af grafit (som i det væsentlige bare er en stak grafenark). Sidste år, en gruppe ledet af Rutgers University materialevidenskab og ingeniørprofessor Manish Chhowalla udtænkt en metode til fremstilling af stykker i centimeterskala til praktiske anvendelser. Forskerne opløste grafitoxid i vand og skabte en suspension af individuelle grafenoxidplader, som de afsatte oven på et fleksibelt substrat.
De koreanske forskere bruger en metode kaldet kemisk dampaflejring. Først afsætter de et 300 nanometer tykt lag nikkel oven på et siliciumsubstrat. Dernæst opvarmer de dette substrat til 1.000 Cº i nærvær af metan og køler det derefter hurtigt ned til stuetemperatur. Dette efterlader grafenfilm, der indeholder seks til ti grafenlag oven på nikkelen. Ved at mønstre nikkellaget kan forskerne skabe mønstrede grafenfilm.
Andre, såsom MIT el-ingeniør professor Jing Kong , arbejder på lignende tilgange at lave store grafenstykker. Men de koreanske forskere har taget arbejdet et skridt videre og har overført filmene til fleksible substrater og samtidig bevaret høj kvalitet. Overførslen sker på en af to måder. Den ene er at ætse nikkelen væk i en opløsning, så grafenfilmen flyder på dens overflade, klar til at blive aflejret på ethvert underlag. Et enklere trick er at bruge et gummistempel til at overføre filmen.
Columbia University fysikprofessor Philip Kim , som er medforfatter til det nye papir, siger, at kemisk dampaflejring er en af de billigste måder at fremstille kvalitetsgrafen på i stor skala og bør være kompatibel med eksisterende halvlederfremstillingsteknologier. Lige nu kan forskerne lave fire tommer stykker, men Hong siger, at de nemt kunne skalere processen op.
De nye grafenfilm er mindre defekte end dem, der blev lavet tidligere, siger Hong, hvorfor de er omkring 30 gange mere ledende og har omkring 20 gange højere mobilitet end tidligere grafenplader. Ledningsevnen er tilstrækkelig til nogle applikationer på begynderniveau i små LCD-skærme og touch-panelskærme, siger For at kontakte Yang , professor i materialevidenskab og ingeniør ved University of California, Los Angeles. Han tilføjer dog, at ledningsevnen stadig skulle være 10 gange bedre for at erstatte ITO i organiske solceller og OLED'er.
Mange andre materialer overvejes til gennemsigtig, bøjelig elektronik. Carbon nanorør kunne være en hård konkurrent. For eksempel gør forskere fremskridt med at skabe fleksible nanorørtransistorer, og Unidym , baseret i Menlo Park, Californien, vil snart begynde at sælge nanorør-belagte plastfilm, som kunne bruges i stedet for ITO-belægninger på skærme.
Andre har lavet fleksible, gennemsigtige transistorer ved hjælp af indiumoxidbelægninger eller zinkoxid- og indiumoxidnantråde. I mellemtiden har forskere fra University of Michigan lavet gennemsigtige elektroder ved hjælp af et gitter af meget tynde metaltråde.
Grafens fordel kunne være dens exceptionelle styrke og høje mobilitet (forudsagt at være dobbelt så stor som nanorør). Tao He, en grafenforsker ved Rice University, siger, at ledningsevnen og mobilitetsværdierne for de nye film er imponerende. Jeg så ikke noget [andet arbejde], der ligner eller kan sammenlignes med dette, siger han og tilføjer, at det nye arbejde kunne gøre storskala, lavprisfremstilling af fleksibel grafenelektronik mulig.