GSM, UMTS, LTE, WiFi, Bluetooth – för att bara nämna några av de trådlösa standarder som har blivit en naturlig del av mobil kommunikation idag. För alla dessa trådlösa standarder, signalbehandling kunde inte göras utan filtrering av frekvenser. Mikroakustiska piezoelektriska resonatorer är den dominerande tekniken på marknaden för detta ändamål. Teorin förutspår utmärkta oscillationsegenskaper för dessa resonatorer, om  elektroden som används för att excitera oscillationen blir mycket lätt. Och den lättaste tänkbara elektroden är elektriskt ledande grafen.

"Metalelektroderna, används idag, dämpa resonatorernas svängning genom sin massa – liknande filtskyddet på en pianosträng – och därför minska precisionen i signalseparationen i bandpassfilter. Även om metallelektroderna inte kan tunnas godtyckligt för att minska deras massa och därmed deras dämpning, grafen förblir fortfarande ledande även som en atomärt tunn elektrod." förklarar Dr. René Hoffmann, chef för grafenforskning vid Fraunhofer IAF. Med så tunna grafenelektroder, de mekaniska kvalitetsfaktorerna kommer nära det teoretiska idealet. Om oscillationsegenskaperna hos de piezoelektriska resonatorerna framgångsrikt kan förbättras och om högre kopplingsfaktorer uppnås, både signalseparationsprecisionen och energieffektiviteten för filtren kommer att öka. Här, utmaningen är att koppla ihop de nästan masslösa grafenelektroderna med de för närvarande använda mobilkommunikationskomponenterna baserade på piezoelektrisk aluminiumnitrid.

Branschkompatibel grafenavsättningsteknik

Som en av partnerna i Graphene Flagship, det största finansieringsinitiativet i Europeiska unionens historia, Fraunhofer IAF arbetar med utvecklingen av en effektiv teknik för grafenavsättning och grafenöverföring till aluminiumnitrid. Hur överraskande det än kan vara att överhuvudtaget kunna tillverka och bearbeta grafen som atomtunt material – lika svårt är det att göra det i industriell skala. Många av de möjliga tillämpningarna av grafen har ännu inte varit framgångsrika eftersom produktionen av materialet fortfarande är för komplex. Därav, utvecklingen av ekonomisk tillverknings- och bearbetningsteknik är avgörande för att grafenens enastående teoretiska egenskaper ska kunna användas i praktiken.

Ett lovande tillvägagångssätt för realisering av grafendeposition på substratstorlekar som är typiska för halvledarindustrin kan hittas i kemisk ångdeposition. Här, en katalysatoryta som koppar värms upp till nästan 1000 °C tills gas som innehåller kol bryts ner på den heta ytan och omorganiseras till grafen. I framtiden, denna metod är tänkt att vidareutvecklas till en teknologi som är kompatibel för industritillämpningar, att direkt integrera grafen i befintliga aluminium-nirid-baserade bandpassfilter.

Om flaggskeppet grafen

Förutom Fraunhofer IAF, två andra Fraunhofer-institut är ombord på Graphene Flagship, som inkluderar 142 organisationer från 23 länder:Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI, samt Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT. Forskare vid Fraunhofer ICT arbetar med ytterligare en storskalig och kostnadseffektiv produktionsmetod för grafen – i form av grafenflingor. Grafen-experterna från Fraunhofer ISI, å andra sidan, utveckla strategiska teknik- och applikationsvägkartor för alla partners i konsortiet och hela grafen-gemenskapen. Färdkartorna tjänar den förbättrade bedömningen av viktiga grafen-drivenheter för den fortsatta grafenutvecklingen såväl som applikationsområden i framtiden. Dessutom, Dr Thomas Reiß, chef för kompetenscentret New Technologies på Fraunhofer ISI, valdes till ledamot av styrelsen för grafenflaggskeppet.

För att göra grafen tillgänglig för den europeiska marknaden, Europeiska unionen främjar universitet, forskningsinstitutioner och företag med en total finansieringsbudget på en miljard euro. (graphene-flagship.eu/" target="_blank"> graphene-flagship.eu/)