p Para proteger o grafeno de rugas que prejudicam o desempenho e contaminantes que estragam sua superfície durante a fabricação do dispositivo, Os pesquisadores do MIT se voltaram para um material cotidiano:cera. p O grafeno é um material com a espessura de um átomo que promete a fabricação de eletrônicos de última geração. Os pesquisadores estão explorando as possibilidades de usar o material exótico em circuitos para eletrônicos flexíveis e computadores quânticos, e em uma variedade de outros dispositivos.

p Mas remover o material frágil do substrato em que é cultivado e transferi-lo para um novo substrato é particularmente desafiador. Os métodos tradicionais envolvem o grafeno em um polímero que protege contra quebra, mas também introduz defeitos e partículas na superfície do grafeno. Isso interrompe o fluxo elétrico e sufoca o desempenho.

p Em um artigo publicado em Nature Communications , os pesquisadores descrevem uma técnica de fabricação que aplica um revestimento de cera a uma folha de grafeno e a aquece. O calor faz com que a cera se expanda, que suaviza o grafeno para reduzir as rugas. Além disso, o revestimento pode ser lavado sem deixar muitos resíduos.

p Em experimentos, o grafeno revestido de cera dos pesquisadores teve desempenho quatro vezes melhor do que o grafeno feito com uma camada protetora de polímero tradicional. Atuação, nesse caso, é medido em "mobilidade de elétrons" - significando a velocidade com que os elétrons se movem pela superfície de um material - que é prejudicada por defeitos na superfície.

p "Como encerar o chão, você pode fazer o mesmo tipo de revestimento em cima do grafeno de grande área e usá-lo como camada para pegar o grafeno de um substrato de crescimento de metal e transferi-lo para qualquer substrato desejado, "diz o primeiro autor Wei Sun Leong, pós-doutorado no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS). "Esta tecnologia é muito útil, porque resolve dois problemas simultaneamente:as rugas e os resíduos de polímero. "

p Co-primeiro autor Haozhe Wang, um Ph.D. estudante no EECS, diz que usar cera pode soar como uma solução natural, mas envolveu algum pensamento fora da caixa - ou, mais especificamente, fora do laboratório:"Como alunos, nos restringimos a materiais sofisticados disponíveis em laboratório. Em vez de, nesse trabalho, escolhemos um material que é comumente usado em nosso dia a dia. "

p Juntando-se a Leong e Wang no papel estão:Jing Kong e Tomas Palacios, ambos professores do EECS; Markus Buehler, professor e chefe do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (CEE); e seis outros alunos de pós-graduação, pós-doutorado, e pesquisadores do EECS, CEE, e o Departamento de Engenharia Mecânica.

p O protetor "perfeito"

p Para cultivar grafeno em grandes áreas, o material 2-D é normalmente cultivado em um substrato de cobre comercial. Então, é protegido por uma camada de polímero "sacrificial", tipicamente polimetilmetacrilato (PMMA). O grafeno revestido com PMMA é colocado em uma cuba de solução ácida até que o cobre tenha desaparecido completamente. O restante do PMMA-grafeno é enxaguado com água, então seco, e a camada de PMMA é finalmente removida.

p As rugas ocorrem quando a água fica presa entre o grafeno e o substrato de destino, que o PMMA não impede. Além disso, PMMA compreende cadeias complexas de oxigênio, carbono, e átomos de hidrogênio que formam ligações fortes com átomos de grafeno. Isso deixa partículas para trás na superfície quando é removido.

p Os pesquisadores tentaram modificar o PMMA e outros polímeros para ajudar a reduzir rugas e resíduos, mas com sucesso mínimo. Em vez disso, os pesquisadores do MIT procuraram materiais completamente novos - mesmo uma vez experimentando o plástico termoencolhível comercial. "Não foi tão bem sucedido, mas nós tentamos, "Wang diz, rindo.

p Depois de vasculhar a literatura de ciência dos materiais, os pesquisadores pousaram na parafina, o esbranquiçado comum, cera translúcida usada para velas, polimentos, e revestimentos impermeáveis, entre outras aplicações.

p Em simulações antes do teste, O grupo de Buehler, que estuda as propriedades dos materiais, não encontraram reações conhecidas entre a parafina e o grafeno. Isso se deve à estrutura química muito simples da parafina. "A cera era tão perfeita para essa camada sacrificial. São cadeias simples de carbono e hidrogênio com baixa reatividade, em comparação com a estrutura química complexa do PMMA que se liga ao grafeno, "Leong diz.

p Transferência de limpeza

p Em sua técnica, os pesquisadores primeiro derreteram pequenos pedaços de parafina em um forno. Então, usando um aplicador giratório, uma máquina de microfabricação que usa força centrífuga para espalhar o material uniformemente em um substrato, eles colocaram a solução de parafina em uma folha de grafeno cultivada em folha de cobre. Isso espalhou a parafina em uma camada protetora, cerca de 20 mícrons de espessura, através do grafeno.

p Os pesquisadores transferiram o grafeno revestido de parafina para uma solução que remove a folha de cobre. O grafeno revestido foi então transferido para um tanque de água tradicional, que foi aquecido a cerca de 40 graus Celsius. Eles usaram um substrato de destino de silício para recolher o grafeno de baixo e assar em um forno ajustado à mesma temperatura.

p Como a parafina tem um alto coeficiente de expansão térmica, ele se expande bastante quando aquecido. Sob este aumento de calor, a parafina se expande e estica o grafeno anexado por baixo, efetivamente reduzindo rugas. Finalmente, os pesquisadores usaram uma solução diferente para remover a parafina, deixando uma monocamada de grafeno no substrato de destino.

p Em seu jornal, os pesquisadores mostram imagens microscópicas de uma pequena área de grafeno revestido com parafina e PMMA. O grafeno revestido de parafina é quase totalmente livre de detritos, enquanto o grafeno revestido de PMMA parece muito danificado, como uma janela arranhada.

p Como o revestimento de cera já é comum em muitas aplicações de manufatura - como a aplicação de um revestimento à prova d'água em um material - os pesquisadores acreditam que seu método pode ser facilmente adaptado aos processos de fabricação do mundo real. Notavelmente, o aumento da temperatura para derreter a cera não deve afetar os custos de fabricação ou a eficiência, e a fonte de aquecimento poderia no futuro ser substituída por uma luz, dizem os pesquisadores.

p Próximo, os pesquisadores pretendem minimizar ainda mais as rugas e contaminantes deixados no grafeno e escalar o sistema para folhas maiores de grafeno. Eles também estão trabalhando na aplicação da técnica de transferência aos processos de fabricação de outros materiais 2-D.

p "Continuaremos a cultivar os materiais 2D perfeitos para grandes áreas, então eles vêm naturalmente, sem rugas, "Leong diz. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.