Для чего графен делают слоеным и сладким

Компьютеры будущего будут работать слаще, и все благодаря рафинированию при изготовлении графена.

Ученые из университета Райса научились изготавливать первозданные листы графена толщиной в один атом углерода из обычного сахара и других основанных на углероде веществ.

Сам процесс одноступенчатый, производится при температуре достаточно низкой для беспрепятственного изготовления графена.

Результаты разработки опубликованы в издании Nature.

Сообщается, что большие площади высококачественного графена можно вырастить из множества источников углерода при температурах порядка 800 градусов по Цельсию (1472 градуса по Фаренгейту).

«При 800 градусах базовый кремний остается активным для электроники, а уже при 1000 он утрачивает критически необходимые присадки», сообщил профессор машиностроения и материаловедения, а также информатики Джеймс тур.

Аспирант в лаборатории Тура и первый автор статьи в Nature Жендзонг Сан обнаружил, что отложение богатых углеродом источников на медных и никелевых основаниях позволяет произвести графен в любой желаемой форме: одинарные, двойные или многослойные листы, которые могут оказаться полезными во многих областях применения.

Сан с коллегами выяснили, что процесс легко приспособить к выработке легированного графена. Это позволит  манипулировать электронными и оптическими свойствами материала, которые необходимы для производства переключаемых и логических устройств.

Для создания первозданного графена Сан начал быстро вращать тонкую пленку плексигласа (полиметилметакрилата) на медном основании, которое действовало как катализатор.

В условиях высокой температуры и низкого давления истекающие из полиметилметакрилата в течение 10 минут водород и аргон оставили после себя чистый углерод, а пленка превратилась в одинарный слой графена. Изменение объема истечения газа позволило ученым  контролировать толщину получаемого из плексигласа графена.

Далее все стало еще интересней. Сан испытал другие источники углерода, включая сахарную пудру. «Нам стало любопытно попробовать другие исходные вещества», сказал он. «Пока другие лаборатории меняли металлические катализаторы, мы попытались сменить источник углерода».

Сан поместил 10 мг сахара (а позже флуорена) на лист медной фольги площадью 1 квадратный сантиметр и подверг тем же точно условиям, что и плексиглас. Сахар быстро преобразовался в одинарный слой графена. Сан ожидал встретить дефекты в конечном продукте, учитывая химические свойства обоих веществ (высокая концентрация кислорода в сахаре, а также пятиатомные кольца флуорена), но обнаружил, что потенциальные топологические дефекты в процессе формирования графена самоустраняются.

Сан провалили попытки вырастить графен непосредственно на кремнии и оксиде кремния, что лишь усилило возможность формирования шаблонного графена из тонкой пленки форменных отложений меди или никеля на кремниевых пластинах.

Легированный графен открывает массу возможностей в электронике, сказал Тур, а Сан подтвердил, что сделать такой графен достаточно просто. Легированный азотом графен удалось произвести из плексигласа, смешанного с реагентом меланином. Легированный графен, в отличие от первозданного, позволяет контролировать электрическую структуру, что ученые доказали, создав полевые транзисторы.

«С каждым днем выращивание графена на кремниевой основе приближается к промышленной готовности, и данная работа позволила сделать еще один шаг вперед в этом направлении», сказал Тур в заключение.

12.11.2010