En studie publicerad i Vetenskap rapporterar nickels katalytiska verkan vid tillväxten av grafenark. Forskningen, utförs av Iom-Cnr och University of Trieste, ger nya strategier för att förbättra den industriella produktionen av detta material som kännetecknas av exceptionella egenskaper

Grafen är ett tvådimensionellt material som består av ett enda lager kolatomer. Det är flexibelt som plast och uppvisar ett mekaniskt motstånd 100 gånger högre än stål. Således, det anses vara idealiskt för flera användningsområden inom industriella och tekniska områden. Dock, det är svårt att producera, vilket gör användningen extremt dyr.

Studien, utförd i Trieste (Italien) av Istituto officina dei materiali från Italiens nationella forskningsråd (Iom-Cnr) och av institutionen för fysik vid universitetet i Trieste identifierar mekanismen för grafentillväxt på nickelytan, öppna nya möjligheter inom produktionsteknik.

"Vi vet att enskilda atomer alltid finns på metallytor, där de fritt kan röra sig och delta i många av de processer som sker där, "förklarar Cristina Africh, av Iom-Cnr. "I vår studie, vi har visat att på en nickelyta, de rörliga metallatomerna fungerar som katalysatorer, underlätta bildandet av grafen. "

Det vetenskapliga teamet kunde registrera denna process i realtid, avslöjar beteendet hos enskilda ytatomer med hjälp av en höghastighetsskanningsmodul som utvecklats under de senaste åren i samarbete med Elettra-Sincrotrone Trieste och nyligen förbättrats tack vare europeisk finansiering.

"Med ett scanningstunnelmikroskop, "säger Laerte Patera, "vi filmade vad som händer vid kanten av grafenarket under dess tillväxt, vid en temperatur på cirka 450 grader Celsius, samlar upp till 60 bilder per sekund, en bildhastighet som är mycket högre än den som används inom film eller i tv och uppfattas av det mänskliga ögat. "

"Från videorna, det är klart att tillväxtprocessen sker rad för rad, som en stickmaskin som väver en tråd för att bilda ett tygstycke. På mikroskopisk nivå, de enskilda nickelatomerna utför samma funktion som maskinnålen, lägga till nya stygn i tyget i en ordnad sekvens, "förklarar Giovanni Comelli från universitetet i Trieste." Numeriska simuleringar förtydligar alla detaljer i de experimentella resultaten och förklarar tydligt rollen av nickeladatomer som, genom att tillfälligt fästa sig vid grafenkanterna, tillåta införande av nya kolatomer. "

"Förutom dess relevanta vetenskapliga värde, detta resultat är av stort intresse för ansökningar, eftersom en av de mest använda metoderna som för närvarande används för industriell produktion av grafen använder ett nickelsubstrat för att odla grafenskikt som kännetecknas av få defekter till en lägre produktionskostnad, "avslutar Africh." Förstår detaljerna i tillväxtmekanismen, än så länge okänt, är därför grundläggande för att definiera en strategi för utveckling av nya och mer effektiva grafenproduktionsprocesser på industriell nivå. "