Ett nytt tillvägagångssätt för att odla grafen minskar avsevärt problem som har plågat forskare tidigare och banar vägen för den kristallina formen av grafit som används i morgondagens sofistikerade elektroniska enheter.

Resultat från forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory visar att väte snarare än kol dikterar grafenkornens form och storlek, enligt ett team som leds av ORNLs Ivan Vlassiouk, en Eugene Wigner -stipendiat, och Sergej Smirnov, professor i kemi vid New Mexico State University. Denna forskning är publicerad i ACS Nano .

"Väte initierar inte bara grafentillväxten, men styr grafenens form och storlek, " sa Vlassiouk. "I vår tidning, vi har beskrivit en metod för att odla väldefinierade grafenkorn som har perfekta hexagonala former som pekar på den felfria enkristallstrukturen."

Under de senaste två åren har grafentillväxt har inneburit nedbrytning av kolhaltiga gaser som metan på en kopparfolie under höga temperaturer, den så kallade kemiska ångdepositionsmetoden. Lite var känt om den exakta processen, men forskarna visste att de skulle behöva få en bättre förståelse för tillväxtmekanismen innan de kunde producera högkvalitativa grafenfilmer.

Tills nu, odlade grafenfilmer har bestått av oregelbundet formade grafenkorn av olika storlekar, som vanligtvis inte var enkristaller.

"Vi har visat att förvånande, det är inte bara kolkällan och substratet som dikterar tillväxthastigheten, formen och storleken på grafenkornet, "Sa Vlassiouk." Vi fann att väte, som ansågs spela en ganska passiv roll, är avgörande för grafentillväxt också. Det bidrar till både aktiveringen av adsorberade molekyler som initierar tillväxten av grafen och till elimineringen av svaga bindningar vid kornkanterna som styr kvaliteten på grafenen."

Med hjälp av deras nya recept, Vlassiouk och kollegor har skapat ett sätt att på ett tillförlitligt sätt syntetisera grafen i stor skala. Det faktum att deras teknik tillåter dem att kontrollera kornstorlek och gränser kan resultera i förbättrad funktionalitet hos materialet i transistorer, halvledare och potentiellt hundratals elektroniska enheter.

Konsekvenserna av denna forskning är betydande, enligt Vlassiouk, vem sa, "Våra resultat är avgörande för att utveckla en metod för att odla ultrastorskalig endomängrafen som kommer att utgöra ett stort genombrott mot grafenimplementering i verkliga enheter."