Инновационная технология производства графена на неметаллических подложках

Команда исследователей Массачусетского технологического института и университета Мичигана разработала процесс производства графена, который может привести к выработке высокопроводящих материалов в коммерческих масштабах.

Как отмечает профессор Массачусетского технологического института Джон Харт, руководитель исследований, на сегодняшний день большинство методов производства графена предполагают рост материала на поверхности плёнки или металла (никель, медь). Для использования графена, его слой должен быть снят с металлической основы и помещён на подложку, например, полупроводниковую пластину либо полимерную основу, или на большую стеклянную поверхность. Однако процесс переноса графена оказывается намного более сложным, чем само производство данного материала. Графеновый слой подвержен риску повреждений и загрязнений.

В новом процессе, к которому пришли исследователи, по–прежнему используется металлическая пленка в качестве шаблона. Но вместо производства графена лишь на верхней поверхности шаблона, материал создается и с нижней стороны плёнки. В данном случае используется подложка из диоксида кремния (в виде стекла) с тонкой никелевой плёнкой поверх неё.

Как сообщает Харт, применение химического осаждения их паровой фазы (CVD) для размещения графенового слоя поверх никелевой плёнки позволяет добиться роста слоёв материала не только сверху, но и снизу шаблона. Далее никелевая плёнка может быть удалена, а в результате на неметаллической основе остаётся лишь слой графена.

Таким образом, нет необходимости применения отдельной операции присоединения графена к подложке – независимо от того, большая ли это стеклянная поверхность, экран дисплея или какой-либо тонкий и гибкий материал, который, к примеру, может использоваться в качестве основы для производства лёгких и портативных солнечных элементов. «Нужно лишь осуществить осаждение паровой фазы на подложке по нашему методу, и графен останется на подложке», – отмечает Харт.

Помимо исследователей Мичиганского универститета, где преподавал Харт, в работе участвовали специалисты от крупного производителя стекла – Guardian Industries. По словам Харта, для соответствия производственным нуждам компании, техпроцесс должен быть весьма масштабируемым. Guardian Industries используют процесс разработки, в котором стекло движется по конвейеру со скоростью несколько метров в минуту. Завод производит сотни тон стекла каждый день.

Технология находится на раннем этапе развития, однако таит огромный потенциал. Харт отметил, что для дальнейшего применения необходимо добиться некоторых улучшений относительно однородности и качества графена. Возможность производства графена непосредственно на неметаллических подложках может использоваться при производстве широкоформатных дисплеев и сенсорных экранов, а также «умных» окон со встроенными нагревателями и датчиками.

Новый подход может также применяться для производства мелких компонентов, например интегральных схем на полупроводниковых пластинах, если графен удастся синтезировать при более низкой температуре.

«Новый процесс основан на росте графена при взаимодействии с механическими свойствами никелевой пленки, – отмечает Харт. – Мы показали возможность такого процесса, теперь важно достичь улучшений для возможности производства качественного графенового покрытия».