Pārvērtiet šķidrumu grafēnā

Atklāts universāls izglītības ceļš nākotnes nanoierīču iegūšanai

Attēlā parādīta molekulārā prekursora shematiska sabrukšana un monatomijas oglekļa slāņa (grafēna) veidošanās uz metāla pamatnes. © Zāra Universitāte
lasīt skaļi

Varbūt pēc dažiem gadiem datoru, kas šobrīd balstās uz silīcija tehnoloģiju, elektroniskās sastāvdaļas darbojas ar vielu, kas sastāv tikai no viena oglekļa atomu slāņa: grafēna. Tomēr līdz šim nebija iespējams iegūt grafēnu lielā platībā. Bet tagad ķīmiķi un fiziķi ir izstrādājuši pilnīgi jaunu procesu ar grafēnu pārklātu virsmu ražošanai.

Viens oglekļa atomu slānis, kas veido šūnveidīgu režģi: šis materiāls, ko sauc par grafēnu, nākamajās desmitgadēs pavērs pilnīgi jaunas iespējas datortehnoloģijai. Lielākā daļa pētnieku par to ir pārliecināti. Iemesls: grafēnu var izmantot arvien mazākos elektroniskos komponentos - atšķirībā no silīcija, kas sīkajos tranzistoros kļūst arvien nestabilāks. Grafēns, no otras puses, ir ļoti stabils un piedāvā vēl vienu izšķirošu priekšrocību: tranzistorā tas darbojas tūkstoš reizes ātrāk nekā silīcijs.

Iepriekšējie mēģinājumi iegūt grafēnu, šķeļot grafītu, ir bijuši veiksmīgi, bet tikai laboratorijas mērogā. Rūpnieciskiem lietojumiem, kur jāizgatavo liela laukuma pārklājumi, šī metode ir nepraktiska. Kopā ar fiziķiem no Augsburgas un Notingemas Zārlandes universitātes zinātniskajai grupai tagad ir izdevies izstrādāt procesu, kas ļauj virsmas pārklāt lielā platībā ar vienu grafēna slāni.

Izejvielas ir šķidras, nevis cietas

Pretstatā iepriekšējām pieejām tas ir ķīmisks process, kurā ogleklis tiek nogulsnēts no šķidra prekursora savienojuma. Kā izejvielas zinātnieki pārbaudīja dažādas oglekļa vielas, piemēram, acetonu, kas sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa. Šīs tā saucamās prekursoru molekulas vai prekursori tika uzkarsēti īpaši augstā vakuumā līdz 700 grādiem pēc Celsija.

"Procesa laikā acetons ar trim oglekļa atomiem hanteles veidā vienmēr atstāj divus oglekļa atomus, kas sakārtojas šūnveida grafēna režģī, " skaidro Frenks Millers no Eksperimentālās fizikas institūta un izskaidro, kāpēc iegūtais grafēna slānis Ideālā gadījumā: "Atlanti šajā režģī ir ļoti sakārtoti, un tas ir tieši viens slānis - tas ir tas, kas mums vajadzīgs."

Atklāts universāls izglītības ceļš

Mīlers kopā ar Zārlandes universitātes fizikas profesoru Stefanu Hīfneru ir pārbaudījis dažādus oglekļa, ūdeņraža un skābekļa prekursorus. Darbs tika veikts kā daļa no ES projekta "Nanomesh" Hermaņa Sačdeva vadībā, kurš īpaši nodarbojas ar prekursoru ķīmiju. "Mēs varējām parādīt, ka ir vispārējs izglītības ceļš uz grafēnu, " saka Sachdev. "Šis ceļš vienmēr ved uz vieniem un tiem pašiem divu oglekļa atomu molekulārajiem starpproduktiem neatkarīgi no tā, kuras priekšgājēja molekulas mēs izvēlējāmies."

Izšķirošs procesa trūkums: līdz šim grafēna nogulsnēšanās ir bijusi veiksmīga tikai uz metāliskām virsmām. Tomēr tie ir mazāk interesanti tehniskos pielietojumos, īpaši attiecībā uz elektroniskajiem komponentiem, jo ​​šeit vienmēr ir nepieciešama vadītāju, pusvadītāju un izolatoru kombinācija. Sārbrūkas pētnieki tagad strādā pie grafēna audzēšanas uz izolatoriem vai pusvadītājiem. Ja tas izdotos, IT tehnoloģijas revolūcija būtu jūtama.

(Zārlandes Universitāte, 15.10.2009. - NPO)