Yeni buluş: Grafen artık tek katmanlı tek bir kristale dönüştürülebilir
Bilim adamları gerçek bir tek katmanı, yani geniş bir bakır folyo alanıyla kaplı geniş alanlı bir grafen filmi inceledi. Grafenin bakır folyosu üzerinde büyüyen tüm karbon safsızlıklarını ortadan kaldıran geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme (CVD) büyütme yöntemi. Bu tek tip "mükemmel" tek katmanlı tek kristal grafenin, ultra yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu görüntüleme ve optik ekipman için ultra ince bir destek malzemesi olarak kullanılması bekleniyor. Aynı zamanda, özellikle çeşitli sensör türleri için diğer birçok uygulamayı teşvik edecek çok tek tip işlevselleştirme elde etmek için uygun bir grafen olarak da kullanılabilir.
Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (UNIST) Temel Bilim Enstitüsü'nden (IBS) Çok Boyutlu Karbon Malzemeler Merkezi'nin (CMCM) Direktörü Rodney Ruoff araştırma ekibine liderlik etti. Bu, tek katmanlı grafenle ilgili bir dizi benzerliğin sonuncusu gibi görünüyor. Bununla birlikte, bu sonuç ile önceki binlerce makale arasındaki fark, hiçbirinin büyük alanlı tek katmanlı grafeni gerçekten tanımlamaması ve Adlayers (çift katmanlı veya çok katmanlı bölgeler) her zaman var olmuştur. IBS bilim adamları, grafenin bakır folyo üzerinde büyüdüğü tüm karbon safsızlıklarını ortadan kaldırmak için kimyasal buhar biriktirme (CVD) büyüme yöntemini geliştirdiler.
Metal folyo (özellikle bakır folyo) üzerine kimyasal buhar biriktirme (CVD), geniş alanlı yüksek kaliteli grafen filmleri hazırlamak için şu anda en umut verici yöntemdir. Araştırma ekibi, bakır folyo üzerinde büyütülen grafen filmlerde neden "yapışkanların" göründüğünü araştırdı ve filmlerdeki karbon safsızlıklarının doğrudan reklam katmanlarının çekirdeklenmesine ve büyümesine yol açtığını buldu.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Uçuş zamanı ikincil iyon kütle spektrometresi ve yanma analizinin kullanılmasıyla, ticari bakır folyonun, özellikle yüzeyin yakınında, yaklaşık 300 nanometre derinlikte "fazla karbon" olduğu bulunmuştur. Dünyanın en büyük bakır folyo tedarikçilerinden biri olan Jiangxi Copper Co., Ltd.'den bir teknik uzmanla görüştükten sonra araştırmacılar şunları öğrendi:
Üretim işlemi sırasında, muhtemelen yüksek sıcaklıkta haddeleme sırasında bakır folyonun temas ettiği ruloları yağlamak için kullanılan hidrokarbon bazlı yağdan olmak üzere, karbon bakır folyoya gömülür. Karbon, 1060 ° C'lik H2 sıcaklığı koşulunda tamamen çıkarıldıktan sonra, hiçbir katkı içermeyen gerçek bir tek katmanlı grafen film elde edilemez. Aynı yöntemle IBS bilim adamları, tek kristalli bakır folyo üzerinde katman içermeyen tek katmanlı ve tek kristal grafen filmler elde ettiler. Çalışmanın ilk yazarlarından biri olan Wang Meihui (transliterasyon) şu açıklamayı yaptı: Bu şekilde, CVD grafen filmlerinin eşzamanlı sentezinde her zaman var olan iki sorunu çözdük (adlayers ve tane sınırları, GB'ler). Gerçekte, geniş bir alanda (tek katman veya çift katman gibi) katman sayısının mükemmel bir şekilde homojen olmasını sağlamak, ekipman performansının tekdüzeliğini sağlamak için kullanılabilir.
Adlayer alanındaki fark, cihazın aktif alanında bulunduğunda, Adlayer alanının yoğunluğunun ve boyutunun da farklı olmasıdır. Katmanlara ek olarak, GB'ler, bir film oluşturmak için farklı kristal yönlere sahip grafen adalarının birbirine bağlandığı, CVD tarafından hazırlanan polikristalin grafen filmlerde de mevcuttur. GB'lerin varlığı, taşıyıcı hareketliliğini ve termal iletkenliği azaltır ve mekanik mukavemeti düşürür. Bununla birlikte, bilim adamları tek kristal filmde büyüleyici bir özellik bıraktı: Bu tek kristal grafen, 20 ila 50 mikron aralıklarla santimetre uzunluğunda ve 100 nanometre genişliğinde yüksek düzeyde yönlendirilmiş paralel "kıvrımlar" içeriyor. Reklamcılar ve GB'ler gibi kırışıklıklar da grafenin taşıyıcı hareketliliğini önemli ölçüde azaltabilir.
Yapıştırıcıların, GB'lerin ve kırışıklıkların bu saçılma etkisini ortadan kaldırmak için araştırma ekibi, iki bitişik kırışıklık arasındaki alanda ve kırışıklıklara paralel transistörler üzerine alan etkili transistör desenini çizdi. Polikristalin grafen filmlerde rastgele dağılmış kırışıklıkların aksine, kırışıklıklar geniş alanlı tek kristal grafen filmde oldukça düzenlenmiştir. Bu, katlar arasındaki alandan entegre yüksek performanslı cihazların üretilmesini kolaylaştırır. İki bitişik kıvrım arasındaki alan, herhangi bir kıvrım, reklam katmanı veya GB olmadan 'temizdir', bu da cihazın yüksek elektron ve delik hareketliliğine sahip olmasını sağlar.
Alan etkili transistörler, yaklaşık 1.0 x 104 cm2V-1s-1 gibi çok yüksek oda sıcaklığında taşıyıcı hareketlilik değerleri gösterir. Böylesine yüksek taşıyıcı mobilitesi, yüksek performanslı çeşitli kullanışlı cihazlara "dönüşür". Geniş alanlı reklam oyuncusuz tek kristal grafenin geliştirilmesi bir dönüm noktasıdır. Bu tek tip ve "mükemmel" tek katmanlı tek kristal grafenin, ultra yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu görüntüleme ve optik ekipman için ultra ince bir destek malzemesi olarak kullanılması bekleniyor. Aynı zamanda çok düzgün bir işlevselleştirme elde etmek için uygun bir grafen olarak da kullanılabilir. Bu araştırma, Temel Bilimler Enstitüsü tarafından finanse edildi ve araştırma sonuçları Advanced Materials'da yayınlandı.
