Med egenskaper som lovar snabbare datorer, bättre sensorer och mycket mer, grafen har kallats "mirakelmaterialet". Men framsteg med att producera den i industriell skala utan att kompromissa med dess egenskaper har visat sig svårfångade. Forskare från universitetet i Groningen kan nu ha fått ett genombrott. Deras resultat kommer att publiceras i tidskriften Nanobokstäver .

Grafen är ett speciellt material med kristaller som bara är en atom tjocka. Elektroner passerar genom den med knappt något motstånd alls, och trots att den är mycket flexibel, den är starkare än någon metall. Upptäckarna av grafen, Andre Geim och Konstantin Novoselov, gjorde det berömt genom att skala grafit med tejp tills de lyckades isolera ett enda atomlager:grafen. Det gav dem 2010 års Nobelpris i fysik.

"Utmaningen är att hitta ett substrat som inte bara bevarar egenskaperna hos grafen, men möjliggör också skalbar produktion.', säger Stefano Gottardi, Doktorand vid University of Groningen Zernike Institute for Advanced Materials. En bra kandidat är kemisk ångdeposition. Här används värme för att förånga en kolprekursor som metan, som sedan reagerar med ett katalytiskt aktivt substrat för att bilda grafen på dess yta. En övergångsmetall används normalt som substrat. Dock, inte bara fungerar övergångsmetallen som ett stöd, men det tenderar också att interagera med grafenet och modifiera - eller till och med försämra - dess enastående egenskaper.

Besvärlig

För att återställa dessa egenskaper efter tillväxt på metallen, grafenen måste överföras till ett icke-interagerande substrat, men denna överföringsprocess är besvärlig och introducerar ofta defekter. Ändå, många forskare försöker förbättra grafentillväxten på övergångsmetaller, använder mestadels kopparfolie som substrat.

Det gjorde också gruppen Ytor och tunna filmer med Gottardis handledare Meike Stöhr och Petra Rudolf. "När vi analyserade ett prov av grafen på koppar, vi gjorde några konstiga observationer', Stöhr minns. Observationerna antydde att det vid sidan av kopparn också fanns en del kopparoxid. Verkligen, en fin grafenfilm verkade ha bildats på kopparoxiden, och eftersom oxiderade metaller kan lämna grafens egenskaper oförändrade, detta var en potentiellt viktig observation.

Groningen-teamet började studera denna möjlighet mer i detalj. Det var tre år sedan. Sedan dess, Gottardi och hans kollegor har lyckats odla grafen på kopparoxid. Denna prestation tillsammans med en djupgående karakterisering av grafens egenskaper kommer att publiceras i Nano Letters. Teamet rapporterar också det anmärkningsvärda fyndet att grafen på kopparoxid är frikopplad från substratet, vilket innebär att den bevarar sina säregna elektroniska egenskaper.

Resultaten kan vara långtgående. Stöhr:"Andra laboratorier måste reproducera våra resultat, och en hel del arbete måste göras för att optimera tillväxtförhållandena.' Det bästa scenariot skulle vara att stora endomänkristaller av grafen skulle kunna odlas på kopparoxid. Om detta visar sig vara fallet, det borde då vara möjligt att använda litografiska tekniker för att göra alla möjliga elektroniska apparater av grafen på ett kommersiellt gångbart sätt. En oväntad observation för tre år sedan kan alltså visa sig vara starten på en ny era av grafenelektronik.