Fazendo ondas como o material que vai revolucionar a eletrônica, O grafeno - composto de uma única camada de átomos de carbono - tem sido um desafio para ser produzido de uma forma que seja prática para aplicações eletrônicas inovadoras. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara descobriram um método para sintetizar grafeno de alta qualidade de maneira controlada que pode abrir caminho para a aplicação de eletrônicos de última geração.

Kaustav Banerjee, professor do departamento de Engenharia Elétrica e de Computação e Diretor do Laboratório de Pesquisa de Nanoeletrônica da UCSB, que estuda nanomateriais de carbono há mais de sete anos, levou a equipe de pesquisa a aperfeiçoar métodos de cultivo de folhas de grafeno, conforme detalhado em um estudo a ser publicado na edição de novembro de 2011 da revista Carbono .

"Nosso processo tem certas vantagens únicas que dão origem ao grafeno de alta qualidade, "diz Banerjee." Para a indústria de eletrônicos usar efetivamente o grafeno, deve primeiro ser cultivado seletivamente e em folhas maiores. Desenvolvemos uma técnica de síntese que produz grafeno de alta qualidade e alta uniformidade que pode ser traduzido em um processo escalonável para aplicações industriais. "

Usando fita adesiva para retirar flocos de grafeno da grafite, Os pesquisadores da Universidade de Manchester Geim e Novoselov receberam o Prêmio Nobel de Física de 2010 por seu isolamento e caracterização pioneiros do material. Para lançar o grafeno em aplicações futurísticas, Contudo, pesquisadores têm buscado uma maneira controlada e eficiente de cultivar uma qualidade superior desse material com um único átomo de espessura em áreas maiores.

A descoberta dos pesquisadores da UCSB transforma a produção de grafeno em um processo amigável para a indústria, melhorando a qualidade e uniformidade do grafeno usando métodos eficientes e reproduzíveis. Eles foram capazes de controlar o número de camadas de grafeno produzidas - de grafeno monocamada a bi-camada - uma distinção importante para futuras aplicações em eletrônica e outras tecnologias.

"A Intel tem um grande interesse no grafeno devido às muitas possibilidades que ele oferece para a próxima geração de computação com eficiência energética, mas existem muitos obstáculos ao longo do caminho, "adicionou Intel Fellow, Shekhar Borkar. "A técnica de síntese escalonável desenvolvida pelo grupo do professor Banerjee na UCSB é um passo importante à frente."

Como material, o grafeno é o mais fino e mais forte do mundo - mais de 100 vezes mais forte que o diamante - e é capaz de atuar como um condutor final em temperatura ambiente. Se puder ser produzido de forma eficaz, As propriedades do grafeno o tornam ideal para avanços na eletrônica verde, materiais super fortes, e tecnologia médica. O grafeno pode ser usado para fazer telas flexíveis e dispositivos eletrônicos, computadores com 1, Processadores de 000 GHz que funcionam praticamente sem energia, e células de energia solar ultraeficientes.

A chave para a descoberta da equipe UCSB é sua compreensão da cinética de crescimento do grafeno sob a influência do substrato. A abordagem deles usa um método chamado deposição de vapor químico de baixa pressão (LPCVD) e envolve a desintegração do gás hidrocarboneto metano em uma alta temperatura específica para construir camadas uniformes de carbono (como grafeno) em um substrato de cobre pré-tratado. O grupo de pesquisa de Banerjee estabeleceu um conjunto de técnicas que otimizaram a uniformidade e a qualidade do grafeno, enquanto controlam o número de camadas de grafeno que crescem em seu substrato.

De acordo com o Dr. Wei Liu, um pesquisador pós-doutorado e co-autor do estudo, "O crescimento do grafeno é fortemente afetado por locais de imperfeição no substrato de cobre. Por meio do tratamento adequado da superfície do cobre e da seleção precisa dos parâmetros de crescimento, a qualidade e uniformidade do grafeno são significativamente melhoradas e o número de camadas de grafeno pode ser controlado. "

Professor Banerjee e autores reconhecidos Wei Liu, Hong Li, Chuan Xu e Yasin Khatami não são a primeira equipe de pesquisa a fazer grafeno usando o método CVD, mas são os primeiros a refinar com sucesso métodos críticos para cultivar grafeno de alta qualidade. No passado, um desafio chave para o método CVD é que ele produz uma qualidade inferior de grafeno em termos de mobilidade de portadores - ou quão bem ele conduz elétrons. "Nosso grafeno exibe a maior mobilidade de efeito de campo relatada até agora para o grafeno CVD, tendo um valor médio de 4000 cm2 / V.s com o valor de pico mais alto em 5500 cm2 / V.s. Este é um valor extremamente alto em comparação com a mobilidade do silício ", acrescentou Hong Li, um Ph.D. candidato no grupo de pesquisa de Banerjee.

"O grupo de Kaustav Banerjee está liderando os esforços de pesquisa de nanoeletrônica de grafeno na UCSB, da síntese do material ao design do dispositivo e exploração do circuito. Seu trabalho forneceu ao nosso campus recursos exclusivos e muito poderosos, "adicionou David Awschalom, Professor de Física, Engenharia Elétrica e de Computação, e Diretor do California NanoSystems Institute (CNSI) na UCSB, onde o laboratório de Banerjee está localizado. "Esta nova instalação também aumentou nossas oportunidades de colaboração em várias disciplinas de ciências e engenharia."

"Não há dúvida de que o grafeno é um material superior. Intrinsecamente é incrível, "diz Banerjee." Depende de nós, os cientistas e engenheiros, para mostrar como podemos usar o grafeno e aproveitar seus recursos. Existem desafios em como fazê-lo crescer, como transferir ou não transferir e padronizá-lo, e como adaptar suas propriedades para aplicações específicas. Mas esses desafios são um terreno fértil para pesquisas interessantes no futuro. "