(PhysOrg.com) -- En metod som mer än halverar temperaturen vid vilken högkvalitativ grafen kan produceras har banat väg för av forskare.

Tekniken öppnar nya möjligheter för användningen av grafen, som allmänt betraktas som ett potentiellt "underämne" för 2000-talet.

Forskarna från University of Cambridges Department of Engineering lade till en mycket liten mängd guld till ytan av en nickelfilm, på vilken grafenen sedan odlades. Den resulterande legeringen innebar att de kunde odla grafen vid 450ºC i motsats till 1, 000ºC som normalt krävs.

Laget, som leddes av Robert Weatherup och Bernhard Bayer i institutionens Hofmann-forskningsgrupp, kunde också ta reda på mer om hur grafen bildas under denna process.

"Först när vi hade utvecklat en detaljerad bild av hur grafenet växte kunde vi börja trimma den tillväxten och rationellt konstruera katalysatorn - nickeln - för att förbättra den, sa Weatherup. "Att förstå detta är intressant ur en vetenskaplig synvinkel, men att använda denna kunskap för att förbättra tillväxtprocessen har varit det riktigt användbara resultatet av vårt arbete.”

Grafen är ett mikroskopiskt tunt ämne – i huvudsak existerar bara i två dimensioner. Den består av en enda, atomtjock skiva av kolatomer, arrangerade i ett hexagonalt galler.

Det som gör det spännande för forskare är dess anmärkningsvärda utbud av egenskaper. Grafen är mycket starkt, transparent och mycket ledande. Detta innebär att den kan användas för en hel rad applikationer, inklusive flexibel elektronik som kan bäras av användaren, snabbt bredband, högpresterande beräkningar och lätta komponenter för flygplan och andra maskiner.

För att någon av dessa möjligheter ska förverkligas, Det behövs en pålitlig metod för att producera grafen av hög kvalitet. Det bästa alternativet hittills har involverat forskare som använder kemisk ångavsättning. I denna process, en katalysatorfilm – i vissa fall nickel, i andra koppar – exponeras för en kolhaltig gas vid mycket höga temperaturer. Grafen sätts sedan ihop på ytan av filmen.

Tills nu, temperaturer på ca 1, 000ºC behövdes för att grafenet skulle bildas. Detta utgör ett problem, eftersom de höga tillväxttemperaturerna allvarligt skulle skada många av de material som används i vanlig tillverkning av elektronik, vilket gör att grafenen inte direkt kan integreras i de kretsar som då skulle användas i elektroniska produkter.

Weatherup och Bayers användning av nickelfilmer med en liten mängd guld (mindre än 1%) öppnar för denna möjlighet genom att sänka tillväxttemperaturen till 450º. Legeringen minskar också antalet platser där grafen växer på filmen, eftersom guldet blockerar grafentillväxt.

Detta innebär att när varje grafenflinga kommer fram växer den sig större och längre innan den förenas med en annan flinga. Eftersom elektroner som färdas genom grafenet därför inte störs av sammanfogningar mellan flingor så ofta, grafenens ledningsförmåga förbättras. Resultatet är grafen som kan produceras vid en drastiskt reducerad temperatur, men är fortfarande av den mycket höga kvalitet som skulle behövas för framtida tillämpningar.

Specialisttekniker användes också under processen för att "känna" det atomtjocka lagret av grafen när det växte. Forskarna kunde definitivt visa att grafentillväxt inte bara sker när ämnet svalnar (som vissa akademiker tidigare hade trott), och att dess tillväxt inte bara påverkas av ytan på katalysatorfilmen, men vid en del av filmen under.

Forskare förutspår allmänt att det bara är en tidsfråga innan grafen flyttar från den vetenskapliga forskningens domän och in i industrin. Tills vidare, dock, kommersiell utveckling är fortfarande en bit kvar.

"Vi skulle helst vilja producera grafen direkt på ett isolerande substrat, eftersom legeringen för närvarande måste avlägsnas efter tillväxt för att grafen ska användas i applikationer, sa Weatherup. "Problemet är att isolatorer tenderar att vara mindre bra på att omvandla kolhaltiga gaser till högkvalitativ grafen."

"Grafentillväxt är fortfarande ett mycket ungt område, men det går otroligt fort. Med hjälp av legering av katalysatorn, som vi har här, är ett helt nytt tillvägagångssätt för att förbättra processen och vi förväntar oss att ytterligare undersökningar av detta sannolikt kommer att leda till förbättrad grafenproduktion, och kanske vid ännu lägre temperaturer.”

Resultaten rapporteras i det nya numret av den akademiska tidskriften, Nanobokstäver .