p (PhysOrg.com) - Ao aquecer metal para fazer grafeno, Os pesquisadores da Rice University podem aquecer os corações dos fabricantes de eletrônicos de alta tecnologia. p O laboratório do químico do arroz James Tour publicou dois artigos este mês que avançam a ciência da fabricação de alta qualidade, grafeno de duas camadas. Eles mostram como cultivá-lo em um substrato funcional, fazendo-o primeiro se difundir em uma camada de níquel.

p O grafeno é comumente cultivado em um catalisador de metal, geralmente cobre, e deve ser transferido para um substrato eletricamente isolante como o dióxido de silício antes que possa ser usado em um circuito. O processo de transferência é complicado e demorado e pode ser tão frustrante quanto manipular um filme plástico doméstico, Tour disse.

p Os novos processos descritos em dois relacionados ACS Nano papéis mostram que o grafeno de duas camadas em grande escala pode ser cultivado diretamente em uma variedade de substratos isolantes. Eles eliminam o processo de transferência e facilitam o crescimento de grandes folhas de grafeno semicondutor prontas para incorporação em transistores padronizados, Tour disse.

p “A capacidade de aumentar o grafeno de duas camadas diretamente em um isolador pode permitir que os fabricantes de dispositivos eletrônicos construam transistores sem a etapa industrialmente onerosa de colocar uma folha de grafeno sobre a outra, "disse Tour, Rice's T.T. e W.F. Chao Chair em Química, bem como professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais e de ciência da computação.

p Grafeno, a forma de carbono com a espessura de um único átomo, tem sido objeto de muitos estudos desde sua descoberta em 2004. O laboratório de Tour tornou-se um grande ator na pesquisa de grafeno, publicando nos últimos anos artigos sobre como descompactar nanotubos em nanofitas de grafeno, caracterizando suas propriedades elétricas por meio de litografia, criando eletrodos transparentes para telas sensíveis ao toque e fazendo grafeno a partir de uma variedade de fontes baratas, até biscoitos de escoteiras. Todos visam reduzir o custo e a complexidade da produção do grafeno e torná-lo amplamente utilizado.

p Uma única camada de grafeno, que em escala atômica se parece com tela de galinheiro, é um semimetal e não tem bandgap; isso o torna inadequado para muitas aplicações eletrônicas. Mas o grafeno de duas camadas é um semicondutor. Suas propriedades dependem do deslocamento ou rotação das camadas em relação umas às outras e é ajustável usando um campo elétrico aplicado através das camadas.

p Os novos processos dependem da solubilidade dos átomos de carbono no níquel quente. Em um estudo, um grupo liderado pelo estudante de graduação Zhiwei Peng evaporou uma camada de níquel em dióxido de silício e colocou um filme de polímero - a fonte de carbono - no topo.

p Aquecendo o sanduíche até 1, 000 graus Celsius na presença de argônio e gás hidrogênio em fluxo permitiram que o polímero se difundisse no metal; após o resfriamento, grafeno formado nas superfícies de níquel e dióxido de silício. Quando o níquel e o grafeno acidental que se formou no topo foram removidos, o grafeno de duas camadas foi deixado ligado ao substrato de dióxido de silício.

p No outro estudo, o estudante de pós-graduação Zheng Yan mexeu no sanduíche. Ele cobriu uma camada de dióxido de silício com uma lasca de um de uma variedade de polímeros e, em seguida, colocou o níquel por cima. Novamente, sob alta temperatura e baixa pressão, a bicamada de grafeno formada entre o dióxido de silício e o níquel. A experimentação com outras substâncias revelou que o grafeno de duas camadas também se formaria no nitreto de boro hexagonal, nitreto de silício e safira.

p “Este tipo de processo elimina a necessidade de transferência rolo a rolo do grafeno para um substrato eletrônico, porque o grafeno de duas camadas agora pode ser cultivado diretamente sobre o substrato de interesse, ”Tour disse.

p Autores do primeiro artigo, "Growth of Bilayer Graphene on Isolating Substrates, "são Yan, Peng, estudante de pós-graduação Zhengzong Sun, ex-aluno de pós-graduação Jun Yao, associados de pesquisa de pós-doutorado Yu Zhu e Zheng Liu, Tour e Pulickel Ajayan, o Benjamin M. e Mary Greenwood Anderson Professor em Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais e de Química.

p Autores do segundo artigo, "Crescimento direto de grafeno de duas camadas em substratos de SiO2 por difusão de carbono através do níquel, "são Peng, Yan, Sol e Tour.