När det gäller tillväxten av grafen - ett ultratunt, ultrastark, helt kolmaterial-det är de starkaste överlevnaden, enligt forskare vid University of Texas i Austin.

Teamet använde ytsyre för att odla enstaka grafenkristaller i centimeter i storlek på koppar. Kristallerna var cirka 10, 000 gånger så stora som de största kristallerna från bara fyra år sedan. Mycket stora enkristaller har exceptionella elektriska egenskaper.

"Spelet vi spelar är att vi vill att kärnbildning (tillväxten av små" kristallfrön ") ska ske, men vi vill också utnyttja och kontrollera hur många av dessa små kärnor det finns, och som kommer att växa sig större, "sa Rodney S. Ruoff, professor vid Cockrell School of Engineering. "Syre vid rätt ytkoncentration betyder att bara några få kärnor växer, och vinnare kan växa till mycket stora kristaller. "

Teamet - ledd av postdoktor Yufeng Hao och Ruoff vid Institutionen för maskinteknik och materialvetenskapsprogrammet, tillsammans med Luigi Colombo, en materialvetare med Texas Instruments - arbetade i tre år med grafenväxtmetoden. Lagets papper, "Ytasyres roll i tillväxten av stor enkristallgrafen på koppar, "finns på omslaget till den 8 november, 2013, frågan om Vetenskap .

Ett av världens starkaste material, grafen är flexibel och har hög elektrisk och värmeledningsförmåga som gör det till ett lovande material för flexibel elektronik, solceller, batterier och höghastighetstransistorer. Teamets förståelse för hur grafentillväxt påverkas av olika mängder ytsyre är ett stort steg mot förbättrade grafenfilmer av hög kvalitet i industriell skala.

Teamets metod "är ett grundläggande genombrott, vilket kommer att leda till tillväxt av högkvalitativ och stor area grafenfilm, "sa Sanjay Banerjee, som leder Cockrell School's South West Academy of Nanoelectronics (SWAN). "Genom att öka enkristall-domänstorlekarna, de elektroniska transportegenskaperna kommer att förbättras dramatiskt och leda till nya tillämpningar inom flexibel elektronik. "

Grafen har alltid odlats i en polykristallin form, det är, den består av många kristaller som är förenade med oregelbunden kemisk bindning vid gränserna mellan kristaller ("korngränser"), något som ett lapptäcke. Stor enkristallgrafen är av stort intresse eftersom korngränserna i polykristallint material har defekter, och att eliminera sådana defekter ger ett bättre material.

Genom att kontrollera koncentrationen av ytsyre, forskarna kunde öka kristallstorleken från en millimeter till en centimeter. I stället för sexkantiga och mindre kristaller, tillsatsen av rätt mängd ytsyre producerade mycket större enstaka kristaller med flergrenade kanter, liknar en snöflinga.

"I det långa loppet kan det vara möjligt att uppnå enstaka kristaller som är meterlånga, "Ruoff sa." Detta har varit möjligt med andra material, såsom kisel och kvarts. Till och med en centimeter kristallstorlek - om korngränserna inte är för defekta - är extremt betydande. "

"Vi kan börja tänka på detta materials potentiella användning i flygplan och i andra strukturella tillämpningar - om det visar sig vara exceptionellt starkt i längdskalor som delar av en flygplansvinge, och så vidare, " han sa.

En annan viktig upptäckt av teamet var att elektronernas "bärarmobilitet" (hur snabbt elektronerna rör sig) i grafenfilmer som odlas i närvaro av ytsyre är exceptionellt hög. Detta är viktigt eftersom hastigheten med vilken laddningsbärarna rör sig är viktig för många elektroniska enheter - ju högre hastighet, desto snabbare kan enheten prestera.

Yufeng Hao säger att han tror att kunskapen från denna studie kan vara till nytta för industrin.

"Den höga kvaliteten på den grafen som odlas med vår metod kommer sannolikt att utvecklas ytterligare av industrin, och det kommer så småningom att göra det möjligt för enheter att bli snabbare och mer effektiva, "Sa Hao.

Enkristallfilmer kan också användas för utvärdering och utveckling av nya typer av enheter som kräver en större skala än vad som kunde uppnås tidigare, tillsatte Colombo.

"Just nu, det finns inga andra rapporterade tekniker som kan tillhandahålla överförbara filmer av hög kvalitet, "Colombo sa." Materialet vi kunde odla kommer att vara mycket mer enhetligt i sina egenskaper än en polykristallin film. "