Hur man gör grafen med Supersonic Buckyballs

Grafen är ett av vår tids underverk. Det är cirka 200 gånger starkare än stål, det är en extraordinär ledare av värme och elektricitet, och det är nästan genomskinligt. Och ändå är det fortfarande svårt att tillverka grafen, särskilt när det behöver sitta på ett underlag för applikationer som elektronik.

Idag säger Simone Taioli vid Trento Institute for Fundamental Physics and Applications i Italien och några kompisar att de har utarbetat hur man gör det med början på den berömda fotbollsformade molekylen buckminsterfulleren.

Deras idé är anmärkningsvärt enkel: bombardera substratet med buckyballs som färdas i överljudshastigheter. Det är tillräckligt snabbt för att spricka upp dem när de träffar, och de resulterande upplåsta burarna binds sedan samman för att bilda en grafenfilm.

Forskare har länge tänkt på att använda buckyballs som en föregångare till grafen. Men det enda sättet att få dem att dra upp och binda ihop är att värma dem till temperaturer över cirka 600 °C.

Det är inte särskilt effektivt, eftersom de höga temperaturerna kan ändra egenskaperna hos substratet, särskilt mängden kol det adsorberar. Det resulterar i oregelbundna filmer med allvarliga defekter.

Den nya tekniken kommer runt dessa problem. Teamet accelererar buckybollarna genom att släppa ut dem i en helium- eller vätgas, som de låter expandera i överljudshastigheter och bär med sig kolbollarna. Det ger buckybollarna energier på runt 40 keV utan att ändra deras inre dynamik (till skillnad från vanlig uppvärmning som dramatiskt ökar molekylvibrationerna).

Dessa killar riktar sedan buckyballs mot en kopparplåt och ser dem slå in i det som flugor mot en vindruta. Resultatet är en ganska jämn beläggning av grafenliknande material i ett enda lager.

Detta material har sina egna idiosynkrasier. Till att börja med är den inte gjord av vanliga hexagoner, som perfekt grafen. Istället innehåller den också femhörningar, som kommer från de ursprungliga buckyball-strukturerna. Det är potentiellt användbart eftersom femkanterna kan introducera ett bandgap i materialet, något materialforskare har längtat efter att skapa i grafen.

Även om det bara är ett principbevis i detta skede, ser tekniken intressant ut, inte minst för att den producerar relativt högkvalitativa filmer och även skulle kunna appliceras på en lång rad andra material som metaller, halvledare och isolatorer. Och det kan bana väg för en ny generation av elektroniska enheter.

Intressanta grejer!

Ref: arxiv.org/abs/1507.07859 : Mot rumstemperatur enkelskikts grafensyntes med C60 Supersonic Molecular Beam Epitaxi

Dölj