Materialforskare vid North Carolina State University har utvecklat en teknik som gör att de kan integrera grafen, grafenoxid (GO) och reducerad grafenoxid (rGO) på kiselsubstrat vid rumstemperatur genom att använda nanosekundspulsad laserglödgning. Framsteg ökar möjligheten att skapa nya elektroniska enheter, och forskarna planerar redan att använda tekniken för att skapa smarta biomedicinska sensorer.

I den nya tekniken, forskare börjar med ett kiselsubstrat. De toppar det med ett lager av enkristalltitannitrid, med användning av domänmatchande epitaxi för att säkerställa att den kristallina strukturen hos titannitriden är i linje med kislets struktur. Forskare lägger sedan ett lager av koppar-kol (Cu-2,0 atomprocent C) legering ovanpå titannitrid, igen genom att använda domänmatchande epitaxi. Till sist, forskarna smälter legeringens yta med nanosekundlaserpulser, som drar upp kol till ytan.

Om processen görs i ett vakuum, kolet bildas på ytan som grafen; om det görs i syre, det bildar GO; och om det görs i en fuktig atmosfär följt av ett vakuum, det bildas som rGO. I alla tre fallen, kolets kristallina struktur är i linje med den underliggande koppar-kol-legeringen.

"Vi kan kontrollera om kolet bildar ett eller två monolager på ytan av materialet genom att manipulera laserns intensitet och djupet av smältningen, " säger Jay Narayan, John C. Fan Distinguished Chair Professor of Materials Science and Engineering vid NC State och senior författare till en artikel som beskriver arbetet.

"Processen kan lätt skalas upp, " Narayan säger. "Vi har gjort oblat som är två tum kvadratiska, och skulle lätt kunna göra dem mycket större, använder lasrar med högre Hertz. Och allt detta görs i rumstemperatur, vilket drar ner kostnaderna."

Grafen är en utmärkt ledare, men den kan inte användas som halvledare. Dock, rGO är ett halvledarmaterial, som kan användas för att tillverka elektroniska enheter som integrerade smarta sensorer och optisk-elektroniska enheter.

"Vi har redan patenterat tekniken och planerar att använda den för att utveckla smarta biomedicinska sensorer integrerade med datorchips, " säger Narayan.

Pappret, "Integration av waferskala av reducerad grafenoxid genom ny laserbehandling vid rumstemperatur i luften, " publicerades 9 september i Journal of Applied Physics .