Ingenieurs vinden een nieuwe manier om grafeen te maken, het ‘wondermateriaal’ dat de wereld zou kunnen veranderen

Ingenieurs hebben een nieuwe manier ontdekt om het ‘wondermateriaal’ grafeen te produceren, waardoor het eindelijk zijn potentieel optimaal zou kunnen benutten.

Toen het in 2004 werd ontdekt door het creëren van een enkele laag koolstofatomen, noemden wetenschappers het materiaal een potentiële revolutie. Het is zo geleidend en zo krachtig dat experts zeggen dat het alles zou kunnen transformeren, van energieopslag tot medische apparaten en persoonlijke elektronica.

Maar dit potentieel werd nooit volledig gerealiseerd. Dit komt onder meer doordat het lastig is om het schoon en op grote schaal te maken.

Een van de problemen is dat het moeilijk is om het schoon en zonder onzuiverheden te maken. Maar de onderzoekers zeggen dat het nieuwe proces het mogelijk maakt grafeen op een schone en reduceerbare manier te vervaardigen.

Ze deden dit door te ontdekken dat de kwaliteit van grafeen verband houdt met zuurstof. Als er zelfs maar een klein deel zuurstof in de buurt is, heeft dit een grote invloed op de groeisnelheid van grafeen en betekent dit dat het misschien niet mogelijk is om het te gebruiken.

“We hebben aangetoond dat het verwijderen van bijna alle zuurstof uit het groeiproces de sleutel is tot het bereiken van hoogwaardige, reproduceerbare CVD-grafeensynthese”, zegt hoofdonderzoeker James Hohn van Columbia University. “Dit is een mijlpaal in de richting van grootschalige grafeenproductie.”

Ingenieurs hebben grafeen traditioneel op twee manieren gemaakt. De eerste maakt gebruik van plakband om lagen van een stuk grafiet af te pellen totdat het dun genoeg is om als grafeen te gebruiken, waardoor schone monsters ontstaan, maar op kleine schaal zijn ze onmogelijk industrieel te gebruiken.

De andere zorgt voor meer productie en staat bekend als CVD-groei. Hierbij wordt een koolstofhoudend gas, zoals methaan, bij ongelooflijk hoge temperaturen over een koperoppervlak geleid, waardoor het methaan uiteenvalt en de koolstofatomen worden gedwongen zich te herschikken in een laag grafeen.

Hierdoor kunnen ze meters groot worden. Maar ze hadden ook problemen met hun betrouwbare kwaliteit.

De onderzoekers hebben al ontdekt dat alle zuurstof in dit proces het grafeen zou vertragen of zelfs wegetsen. Sindsdien hebben ingenieurs geprobeerd nieuwe systemen te bouwen die zuurstof kunnen controleren en voorkomen dat dit het proces in gevaar brengt.

Nu zeggen wetenschappers dat ze dit proces enorm hebben verbeterd, waardoor grafeen sneller en betrouwbaarder kan groeien. Ze ontdekten dat het geproduceerde grafeen ook al het noodzakelijke gedrag vertoonde waardoor het op grote schaal kon worden gebruikt.

Dit werk wordt gerapporteerd in een nieuw artikel met de titel “Reproducible Graphene Synthesis by Oxygen-Free Chemical Vapour Deposition”, gepubliceerd in het tijdschrift. natuur.