(PhysOrg.com) -- Genom att värma metall för att göra grafen, Rice University forskare kan värma hjärtan hos högteknologiska elektroniktillverkare.

Rice kemisten James Tours labb publicerade denna månad två artiklar som främjar vetenskapen om att göra högkvalitativa, tvåskiktsgrafen. De visar hur man odlar det på ett funktionellt substrat genom att först låta det diffundera in i ett lager av nickel.

Grafen odlas vanligtvis på en metallkatalysator, vanligtvis koppar, och måste överföras till ett elektriskt isolerande substrat som kiseldioxid innan det kan användas i en krets. Överföringsprocessen är besvärlig och tidskrävande och kan vara lika frustrerande som att manipulera hushållsplastfolie, sa Tour.

De nya processerna som beskrivs i två relaterade ACS Nano tidningar visar att storskalig dubbelskiktsgrafen kan odlas direkt på en mängd olika isolerande substrat. De eliminerar överföringsprocessen och underlättar tillväxten av stora ark av halvledande grafen redo att införlivas i mönstrade transistorer, sa Tour.

"Förmågan att odla tvåskiktsgrafen direkt på en isolator kan tillåta tillverkare av elektroniska enheter att bygga transistorer utan det industriellt betungande steget att placera ett ark grafen på ett annat, sa Tour, Rice's T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och i datavetenskap.

grafen, den enatomtjocka formen av kol, har varit föremål för många studier sedan upptäckten 2004. Tours labb har blivit en stor aktör inom grafenforskning genom att de senaste åren publicerat artiklar om att dra upp nanorör till grafennanoband, karakterisera dess elektriska egenskaper genom litografi, skapa genomskinliga elektroder för pekskärmar och göra grafen från en mängd billiga källor, även Girl Scout cookies. Alla syftar till att minska kostnaderna och komplexiteten för att göra grafen och få den till utbredd användning.

Ett enda lager grafen, som på atomär skala ser ut som hönsnät, är en halvmetall och har inget bandgap; detta gör den olämplig för många elektroniska applikationer. Men tvåskiktsgrafen är en halvledare. Dess egenskaper beror på förskjutningen eller rotationen av skikten i förhållande till varandra och den är avstämbar med hjälp av ett elektriskt fält som appliceras över skikten.

De nya processerna är beroende av kolatomernas löslighet i hett nickel. I en studie, en grupp ledd av doktoranden Zhiwei Peng indunstade ett lager nickel på kiseldioxid och placerade en polymerfilm - kolkällan - ovanpå.

Värm smörgåsen till 1, 000 grader Celsius i närvaro av strömmande argon och vätgas tillät polymeren att diffundera in i metallen; vid kylning, grafen bildas på nickel och på kiseldioxidytorna. När nickel och grafen som bildades ovanpå etsades bort, tvåskiktsgrafen lämnades fäst till kiseldioxidsubstratet.

I den andra studien, doktoranden Zheng Yan blandade mackan. Han toppade ett lager av kiseldioxid med en bit av en av en mängd olika polymerer och lade sedan nickel ovanpå. På nytt, under hög temperatur och lågt tryck, tvåskiktsgrafen bildas mellan kiseldioxid och nickel. Experiment med andra ämnen visade att tvåskiktsgrafen också skulle bildas på hexagonal bornitrid, kiselnitrid och safir.

"Denna typ av process eliminerar behovet av rulle-till-rulle-överföring av grafen till ett elektroniskt substrat, eftersom tvåskiktsgrafen nu kan odlas direkt på substratet av intresse, " sa Tour.

Författarna till den första tidningen, "Tillväxt av tvåskiktsgrafen på isolerande substrat, "är Yan, Peng, doktorand Zhengzong Sun, tidigare doktorand Jun Yao, postdoktorala forskarassistenter Yu Zhu och Zheng Liu, Tour och Pulickel Ajayan, Benjamin M. och Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik och materialvetenskap och i kemi.

Författare till den andra uppsatsen, "Direkt tillväxt av tvåskiktsgrafen på SiO2-substrat genom koldiffusion genom nickel, "är Peng, Yan, Sol och tur.