Ett nytt sätt att odla grafen utan de defekter som försvagar det och hindrar elektroner från att flöda fritt inom det kan öppna vägen för storskalig tillverkning av grafenbaserade enheter med tillämpningar inom områden som elektronik, energi, och sjukvård.

Ett team ledd av forskare från Oxford University har övervunnit ett nyckelproblem med att odla grafen – ett enatomtjockt lager av kol – när man använder en etablerad teknik som kallas kemisk ångavsättning, att de små flingorna av grafen bildas med slumpmässiga orienteringar, lämnar defekter eller "sömmar" mellan flingor som växer ihop.

Upptäckten, rapporteras i en tidning som ska publiceras i ACS Nano , avslöjar hur dessa grafen flingor, känd som "domäner", kan radas upp genom att manipulera inriktningen av kolatomer på en relativt billig kopparfolie – atomstrukturen på kopparytan fungerar som en "guide" som styr orienteringen av kolatomerna som växer ovanpå dem.

En kombination av kontroll av denna kopparstyrning och trycket som appliceras under tillväxten gör det möjligt att kontrollera tjockleken på dessa domäner, geometrin på deras kanter och korngränserna där de möts – "sömmar" som fungerar som hinder för den smidiga utvecklingen av elektroner som är nödvändiga för att skapa effektiva grafenbaserade elektriska och elektroniska enheter.

"Nuvarande metoder för att odla grafenflingor lider ofta av att grafendomäner inte står i linje, sa professor Nicole Grobert vid Oxford Universitys Department of Materials som ledde arbetet. 'Vår upptäckt visar att det är möjligt att producera stora ark av grafen där dessa flingor, kallas "domäner", är väl anpassade, vilket kommer att skapa en snyggare, starkare, och mer "elektronvänligt" material.'

I princip begränsas storleken på arket av grafen som kan skapas endast av storleken på kopparbasarket.

Det Oxford-ledda laget, som inkluderar forskare från Forschungszentrum Juelich Tyskland, universitetet i Ioannina Grekland, och Renishaw plc, har visat att det också är möjligt att använda den nya tekniken för att selektivt växa dubbelskiktsdomäner av grafen – ett dubbelt lager av tätt packade kolatomer – som är av särskilt intresse för sina ovanliga elektriska egenskaper.

"Folk har använt koppar som basmaterial tidigare, men detta är första gången någon har visat att de många olika typerna av kopparytor verkligen starkt kan styra strukturen av grafen, sa professor Grobert. "Det är ett viktigt steg mot att hitta ett sätt att tillverka grafen på ett kontrollerat sätt i industriell skala, något som är väsentligt om vi ska överbrygga klyftan mellan grundforskning och att bygga användbar grafenbaserad teknologi.'