Райсовские исследователи научились делать недопированные листы графена из обычного сахара и других углеродных материалов. Сделать это им удалось путем одностадийного процесса при достаточно низкой температуре, упрощающей процесс производства.

Химик райсовской лаборатории Джеймс Тур (James Tour) сообщил на этой неделе в онлайн-версии журнала Nature, что высококачественный графен большей площади можно вырастить из целого ряда углеродных источников при температуре ниже 800 градусов Цельсия (1472 по Фаренгейту). При этом разница температур может оказаться очень существенной.

При 800 градусах кремниевая основа еще годится для электроники, тогда как при 1000 градусах она теряет необходимые допирующие атомы», – сказал Тур.

Женгзонг Сан (Zhengzong Sun), аспирант четвертого курса лаборатории Тура и первый автор статьи, обнаружил, что нанесение богатых углеродом веществ на медную или никелевую подложку позволяет получить графен в виде одно-, дву- и многослойных листов.

Сан и его коллеги выяснили, что процесс легко корректируется для производства легированного графена, что позволяет работать с электронными и оптическими свойствами материала, которые важны для производства коммутационных и логических устройств.

Для создания недопированного графена тонкую пленку полиметилметакрилата (ПММА), более известного как плексиглас, расположили на медной подложке, выступившей в качестве катализатора. Под воздействием тепла и низкого давления, поток водорода и газообразного аргона над плексигласом в течение 10 минут свел материал к чистому углероду, превратив его в одноатомную пленку графена. Изменение скорости газового потока позволяло контролировать толщину полученного из плексигласа графена.

Потом ученые обратились к другим источникам углерода, включая тонкодисперсную сахарозу, известную как столовый сахар.

>Мы подумали, что будет интересно попробовать и этот материал, – сказал Сан. – Пока другие лаборатории экспериментируют с металлическими катализаторами, мы пытаемся менять источники углерода».

10 миллиграм сахара (а затем и флюорена) положили на лист медной фольги площадью в квадратный сантиметр и поместили в те же условия, что и плексиглас. Сахар быстро трансформировался в однослойный графен. Учитывая химические свойства обоих веществ (высокая концентрация кислорода в сахарозе, пятиатомные кольца флюорена), ученые ждали дефектов в конечном продукте, но обнаружили, что возможные топологические дефекты могут «самозаживляться» по мере формирования графена.

По мере того, как мы углублялись в этот процесс, мы обнаруживали, что это не только интересно, но и полезно», – сказал Сан.

Он пытался, но не смог вырастить графен на кремниевой или оксид-кремниевой основе, которая повышала возможность роста структурированного графена с тонкой пленки, сформированной на меди и никеле, отложенной на кремниевые пластины.

По мнению ученых, допированный графен открывает больше возможностей для электроники, кроме того, он очень прост в изготовлении. Начав со смешения плексигласа с легирующим веществом меламином, ученые увидели, что поток газа под атмосферным давлением производит легированный азотом графен. У недопированного графена нет запрещенной зоны, а легированный графен позволяет управлять электрической структурой, что и доказала команда, создав полевой транзистор.

Каждый день выращивание графена на кремнии приближается к уровню, подходящему для промышленности, и эта работа является одним из таких важных шагов», – сказал Тур.

По материалам: