Millimeterstora kristaller av högkvalitativ grafen kan göras på minuter istället för timmar med en ny skalbar teknik, Det har forskare vid Oxford University visat.

På bara 15 minuter kan metoden producera stora grafenkristaller runt 2-3 millimeter stora som det skulle ta upp till 19 timmar att producera med nuvarande kemiska ångavsättningstekniker (CVD) där kol i gas reagerar med, till exempel, koppar för att bilda grafen.

Grafen lovar att vara ett "undermaterial" för att bygga ny teknik på grund av dess kombination av styrka, flexibilitet, elektriska egenskaper, och kemikalieresistens. Men detta löfte kommer bara att förverkligas om det kan produceras kostnadseffektivt i kommersiell skala.

Forskarna tog en tunn film av kiseldioxid avsatt på en platinafolie som, vid uppvärmning, reagerar för att skapa ett lager av platinasilicid. Detta skikt smälter vid en lägre temperatur än antingen platina eller kiseldioxid och skapar ett tunt vätskeskikt som jämnar ut nanoskaliga "dalar" i platina så att kolatomer i metangas som borstar ytan är mer benägna att bilda stora grafenflingor.

En rapport om forskningen publiceras i tidskriften Naturkommunikation .

"Vi kan inte bara göra millimeterstora grafenflingor på några minuter, utan den här grafenen är av jämförbar kvalitet med allt som andra metoder kan producera, sa professor Nicole Grobert vid Oxford Universitys materialavdelning, som ledde forskningen. "Eftersom det är tillåtet att växa naturligt i enkla grafenkristaller finns det inga av korngränserna som kan påverka materialets mekaniska och elektriska egenskaper negativt."

Medförfattare Vitaliy Babenko, en DPhil-student vid Oxford Universitys Department of Materials, sa:"Att använda allmänt tillgängliga polykristallina metaller på detta sätt kan öppna upp många möjligheter för kostnadsreduktion och större grafenproduktion för applikationer där mycket högkvalitativ grafen behövs."

Storleksmässigt kan det nya tillvägagångssättet jämföras med den vanliga "scotch-tejpmetoden", där en tejpbit används för att dra bort grafenfragment från en grafitbit, som producerar flingor på cirka 10 mikron (0,01 millimeter). Att använda CVD med bara platina skapar flingor på cirka 80 mikron (0,08 mm). Men med det flytande lagret av platinasilicid visar forskarna att grafenkristaller på 2-3 millimeter kan produceras på några minuter.

Av alla de tekniker som för närvarande används för att göra olika typer av grafen CVD är den mest lovande för att skala upp till en kostnadseffektiv industriell process. Oxford-teamet tror att deras tillvägagångssätt också kan ha fördelar utöver hastighet och kvalitet:med ett tjockare vätskeskikt för att isolera det kanske grafenet inte behöver tas bort från substratet innan det kan användas - ett kostsamt och tidskrävande extra steg som krävs med alla andra metoder.

"Detta är en principiell studie som visar att högkvalitativ grafen, i form av ett enda lager av kolatomer, kan göras till den storlek och tidsskala som någon som vill bygga teknik kanske vill ha, sa professor Grobert. "Självklart krävs det mycket mer arbete innan vi får grafenteknologi, men vi är nu på väg att se det här materialet göra språnget från laboratoriet till en tillverkningsmiljö, och vi är angelägna om att arbeta med industriella partners för att få detta att hända.'

Forskarna säger att i teorin, det skulle vara möjligt att vidareutveckla och skala upp denna teknik för att producera flingor av grafen i stora skivor i skivstorlek.

Denna uppfinning lägger till den växande patentportföljen av nanomaterial och deras produktionsteknologier från professor Nicole Groberts Nanomaterials by Design Group. Under ett kommersialiseringsprogram utarbetat av Isis Innovation, teknologikommersialiseringsföretaget vid University of Oxford, koncernen etablerar samarbeten med industriella partners som en väsentlig del av utvecklingen av koncernens produkter för potentiella applikationer. Professor Grobert planerar också att tillverka och sälja sitt utbud av specialnanomaterial som en del av en ny affärssatsning.