Hoe maak je grafeen met behulp van supersonische Buckyballs

Grafeen is een van de wondermaterialen van onze tijd. Het is zo'n 200 keer sterker dan staal, het is een buitengewone geleider van warmte en elektriciteit en het is bijna transparant. En toch is het maken van grafeen nog steeds lastig, vooral als het op een substraat moet zitten voor toepassingen zoals elektronica.

Vandaag zeggen Simone Taioli van het Trento Instituut voor Fundamentele Fysica en Toepassingen in Italië en een paar vrienden dat ze hebben uitgewerkt hoe het moet, te beginnen met het beroemde voetbalvormige molecuul buckminsterfullereen.

Hun idee is opmerkelijk eenvoudig: beschiet het substraat met buckyballs die met supersonische snelheden reizen. Dat is snel genoeg om ze open te breken wanneer ze raken, en de resulterende uitgepakte kooien hechten zich vervolgens aan elkaar om een ​​grafeenfilm te vormen.

Onderzoekers hebben lang nagedacht over het gebruik van buckyballs als voorloper van grafeen. Maar de enige manier om ze los te laten ritsen en aan elkaar te binden, is ze te verhitten tot temperaturen boven ongeveer 600 °C.

Dat is niet bijzonder effectief, omdat die hoge temperaturen de eigenschappen van het substraat kunnen veranderen, met name de hoeveelheid koolstof die het adsorbeert. Dat resulteert in onregelmatige films met ernstige gebreken.

De nieuwe techniek lost deze problemen op. Het team versnelt de buckyballs door ze vrij te laten in een helium- of waterstofgas, dat ze met supersonische snelheden laten uitzetten en de koolstofballen meedragen. Dat geeft de buckyballs energieën van ongeveer 40 keV zonder hun interne dynamiek te veranderen (in tegenstelling tot gewone verwarming die de moleculaire trillingen dramatisch verhoogt).

Deze jongens richten vervolgens de buckyballs op een koperen plaat en zien hoe ze erop inslaan als vliegen op een voorruit. Het resultaat is een vrij gelijkmatige coating van grafeenachtig materiaal in een enkele laag.

Dit materiaal heeft zijn eigen eigenaardigheden. Om te beginnen is het niet gemaakt van regelmatige zeshoeken, zoals perfect grafeen. In plaats daarvan bevat het ook vijfhoeken, die afkomstig zijn van de originele buckyball-structuren. Dat is mogelijk nuttig omdat de vijfhoeken een bandgap in het materiaal kunnen introduceren, iets waar materiaalwetenschappers zo naar hadden gehoopt in grafeen te creëren.

Hoewel het in dit stadium slechts een proof of principle is, ziet de techniek er interessant uit, niet in de laatste plaats omdat ze films van relatief hoge kwaliteit produceert en ook kan worden toegepast op een groot aantal andere materialen zoals metalen, halfgeleiders en isolatoren. En dat zou de weg kunnen banen voor een nieuwe generatie elektronische apparaten.

Interessante dingen!

Referentie: arxiv.org/abs/1507.07859 : Op weg naar kamertemperatuur Single-layer grafeen synthese door C60 Supersonic Molecular Beam Epitaxie

zich verstoppen