Ga naar hoofdinhoud

Productie hoogwaardig synthetisch grafeen dichtbij

Luca Banszerus, professor Christoph Stampfer, Michael Schmitz en Stephan Engels voor de CVD-oven voor de groei van grafeen (foto: Peter Winandy)

De 23-jarige Luca Banszerus en wetenschappers van de RWTH Aachen en het onderzoekscentrum Jülich zijn er in geslaagd om een doorbraak te bewerkstelligen om de productie van hoogwaardig synthetisch grafeen voor industriële toepassingen mogelijk te maken. Banszerus, nog werkend aan zijn masterstudie fysica aan de RWTH, geldt als een uitmuntend talent. Hij kreeg al meerdere prijzen en onderscheidingen. Ook won hij in 2010 de wedstrijd ‘Jugend forscht’, toen werkte hij al met een partner aan het thema grafeen.

Grafeen bestaat uit één atoomlaag, is zeer flexibel en tegelijkertijd mechanisch zeer stabiel. Optisch transparant geleidt het elektrische stroom beter dan welk ander materiaal. De combinatie van deze eigenschappen geldt als uniek en er kunnen door het gebruik van dit ‘wondermateriaal’ grafeen technologische doorbraken zoals touch-screens en flexibele opto-elektronica worden gemaakt.

Plakband methode

De vervaardiging van grafeen was tot nu toe problematisch: De Britse en Russische wetenschappers Andre Geim en Konstantin Novoselov gebruikten in 2004 in een experiment Scotch tape, om een enkele laag grafeen van een natuurlijk stuk grafiet af te halen. Deze ‘Scotch tape methode’ is voor massaproductie volledig ongeschikt.

Het onderzoek viel in het kader van de Jülich Aachen Research Alliance, afgekort JARA, onder leiding van prof. dr. Christoph Stampfer, hoofd van het II. Physikalische Institut A van de RWTH Aken. Dit werd met middelen van de Deutsche Forschungsgemeinschaft en uit het ‘Flagship Graphene’-project van de Europese Commissie evenals de ERC Starting Grant voor Christoph Stampfer gefinancierd. “De resultaten zijn een belangrijke stap vooruit in het streven om het gat tussen wetenschappelijk onderzoek en technologische toepassing van grafeen op te vullen”, aldus Stampfer.

Onlangs publiceerden Banszerus en team onder de titel ‘Ultrahigh-mobility graphene devices from chemical vapor deposition on reusable copper’ in het tijdschrift ‘Science Advances 1, e1500222 (2015)’ de nieuwe productiemethode, waarmee het synthetisch grafeen van hoge kwaliteit kan worden verkregen.

Productiemethode synthetisch grafeen

De productie berust op de chemische gasfaseafscheiding, kort CVD genaamd, de afkorting voor chemical vapor deposition. Hierbij wordt de reactie tussen de chemische verbinding methaan en een verhitte koperen oppervlakte gebruikt, om grote en perfecte grafeen vlokken te produceren. De CVD- methode is weliswaar schaalbaar en goedkoop. Maar het op deze manier gesynthetiseerde grafeen was lang vooral op elektrisch gebied van lagere kwaliteit als de natuurlijke versie, die met de Scotch tape methode was verkregen. Dit verandert nu elementair.

Het onderzoeksteam toont aan, dat tussen het Scotch tape grafeen en het chemisch gesynthetiseerd vlokken grafeen geen kwaliteitsverschil bestaat. De transfer van het grafeen van het koper op een ander substraat vormt nog een kritische stap. Tot nu toe werd grafeen met een natchemische methode overgebracht, waardoor het grafeen verontreinigd wordt en opzwelt.

De door Banszerus en collega’s ontwikkelde methode maakt voor het eerst een droge transfer mogelijk, waarmee de hoge kwaliteit van het chemisch gegroeide grafeen behouden blijft. Bovendien kan het koper voor de synthese van grafeen opnieuw worden gebruikt, wat besparing oplevert op geld en grondstoffen bij de productie van grafeen.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven