Синтез графена через объединение квантовых точек

· Просмотр

· What links here

Опубликовано ssu-filippov в 17 апреля, 2014 - 00:33

Графен получил популярность как материал, который в перспективе может заменить кремний в электронике нового поколения. Однако такая замена представляется маловероятной без разработки экономически эффективного подхода к изготовлению высококачественных графеновых образцов. Подходящую методику, которая потенциально может масштабироваться на коммерческие объемы, предложила группа корейских ученых. Исследователи продемонстрировали способ выращивания графена из нескольких фрагментов, постепенно сливающихся в высококачественную пленку большой площади.

В данный момент, как утверждают ученые,

они находятся уже очень близко к массовому производству пластин монокристаллического графена, по масштабам напоминающих кремниевые пластины. В конце концов, они планируют прийти к тому, что графеновые пластины станут дешевле кремниевых.

Рис. 1. Схематическое изображение процесса производства графена, предложенного учеными из Кореи.

Как правило, крупномасштабные графеновые слои изготавливаются с использованием методики химического осаждения из парообразного состояния.

Однако чаще всего этот процесс создает поликристаллический графен, где отдельные кристаллические гранулы разделены так называемыми границами зерен. В устройствах эти границы выступают в роли дефектов, нарушающих электрические и механические свойства материала.

В рамках своих экспериментов группа ученых из Sungkyunkwan University совместно с коллегами из Samsung Advanced Institute of Technology (Корея) наблюдала за ростом графена на поверхности германия. Целью подобных наблюдений было исследование возможной перспективы получения новых наноматериалов на базе соединений германия и графена.

Ученые обратили внимание, что отдельные зерна двумерного углеродного материала растут в некотором «предпочтительном» направлении. Первым предположением было то, что на ориентацию зерен и избранное направление роста влияет структура и симметрия поверхности подложки. Таким образом, ученые решили использовать германиевую подложку для выращивания больших по площади фрагментов монокристаллического графена (хотя обычно для создания подобных структур используются металлические подложки).

С точки зрения ученых,

германий имеет ряд преимуществ в качестве подложки для роста графеновых пленов.

• Во-первых, этот материал понижает энергетический барьер, который необходимо преодолеть атомам углерода для формирования кристаллической решетки.
• Во-вторых, на кристаллической поверхности германия довольно легко выращивать зерна графена, имеющие определенную направленность.
• Кроме того, углерод не растворим в германии, а это означает, что зерна углерода могут формировать большой по площади монослой. При этом приблизительно одинаковые коэффициенты теплового расширения графена и германия предотвращают образование складок и трещин на поверхности монослоя, даже если внешние условия изменяются в процессе производства.

Для выращивания графена исследователи сначала формировали монокристаллическую поверхность германия на кремниевой пластине, после чего воздействовали на эту структуру метаном под низким давлением в камере для осаждения из парообразного состояния при температуре порядка 900 – 930 градусов по Цельсию (годы предшествующих исследований, связанных с применением данной методики, позволили им оптимизировать условия эксперимента).

Изучение созданных образцов при помощи электронной микроскопии высокого разрешения, а также данные электронной дифракции подтвердили присутствие высококачественного монослоя графена без дефектов, складок и нарушений ориентации кристаллической решетки.

По результатам своей работы ученые смогли изготовить простые транзисторные устройства из выращенного материала. В рамках проведенных экспериментов они показали, что устройства действительно обладают лучшими параметрами, нежели показатели, характерные для монокристаллического кремния.

Практика показала, что германиевая подложка, используемая при производстве графена, может быть освобождена от двумерного материала и использована еще несколько раз (без очевидного ухудшения качества получаемого монослоя).

Графеновый нано-двигатель

Физика*, Нанотехнологии

в журнале Nano Letters опубликована статья о разработке молекулярного нано-двигателя, в котором графеновый слой играет ключевую роль. Этот двигатель состоит из высоко-эластичной мембраны, играющей роль поршня, и молекул, являющихся рабочим телом. Объем рабочего тела изменяется под воздействием лазера. Нано-двигатель развивает давление до 10 млн Па и выдерживает более 10 000 циклов.