p A indústria eletrônica poderia parecer muito diferente hoje, não fosse pela queda dramática no custo dos wafers de silício monocristalino de alta qualidade nas últimas cinco décadas. Então, o que aconteceria se o custo do grafeno monocristalino desse uma queda significativa semelhante? Resultados relatados em ACS Nano pode trazer isso mais perto da realidade, como eles mostram que o grafeno monocristalino pode crescer em uma fração do tempo normal e usando substratos policristalinos muito mais baratos do que o normalmente necessário. p Os custos de produção de grafeno já caíram substancialmente nos últimos 20 anos, de centenas de milhares de dólares por quilograma para menos de $ 50. Contudo, explorar as propriedades eletrônicas do material impõe requisitos muito mais elevados à qualidade do cristal - limites de grãos, defeitos e deslocamentos interrompem o comportamento eletrônico do material - de modo que o preço do grafeno para produtos eletrônicos permanece alto.

p A deposição de vapor químico está entre as abordagens mais populares para cultivar grafeno de boa qualidade, mas os defeitos são inevitáveis. Ajustar os parâmetros durante o crescimento para que nenhum local de nucleação adicional possa promover o crescimento de grafeno cristalino único, eventualmente. Contudo, o longo período de tempo que esse crescimento leva o torna caro. Outras abordagens incluem o crescimento em um substrato catalítico monocristalino, mas esses substratos são mais caros, novamente aumentando o custo.

p Em vez de, Dongmok Whang do Instituto Avançado de Nanotecnologia da Universidade Sungkyunkwan e Jae-Hyun Lee da Universidade Ajou e seus colegas pegaram um pouco de grafeno de cristal único e transferiram pedaços dele espaçados em um substrato policristalino. Eles mostram em seu relatório que o crescimento subsequente das peças nos metais policristalinos permite que elas se unam. Porque eles foram todos transferidos da mesma amostra, a estrutura de cristal de cada peça é orientada na mesma direção, sem deixar limites de grãos. "Se a temperatura de síntese, gás usado, etc. são considerados semelhantes, o orçamento térmico e o preço do substrato podem ser reduzidos para um quarto, "explica Lee.

p Crescimento contínuo

p Lee explica que eles tiveram a ideia depois que uma pesquisa preliminar na literatura destacou que a energia necessária para crescer o grafeno da borda da semente de grafeno é teoricamente menor do que a energia necessária para a nucleação de novas sementes de grafeno. "Em outras palavras, pensava-se que a nucleação adicional poderia ser facilmente suprimida em condições de energia mais baixa (por exemplo, baixa concentração do precursor ou baixa temperatura de crescimento). "

p Whang, Lee e seus colegas também tiveram uma vantagem inicial para fazer o processo funcionar. Seu processo de crescimento semeado depende do acesso ao grafeno monocamada de cristal único de grande área, que eles tinham bastante experiência em cultivo. Além disso, eles precisavam de uma técnica capaz de transferir de forma limpa as sementes alinhadas para posições cuidadosamente espaçadas e alinhadas no substrato policristalino. Felizmente, eles também demonstraram anteriormente que ao cultivar grafeno em uma faceta particular de germânio monocristalino - Ge (110) - uma camada de hidrogênio formada na interface entre o grafeno e o substrato, tornando mais fácil a transferência.

p Mesmo com transferência de Ge (110), defeitos inevitavelmente se infiltram, mas os pesquisadores também foram capazes de mostrar que, ao reduzir o metano por um período durante o crescimento, a taxa de gravação pode exceder a taxa de crescimento, de forma que os defeitos existentes podem ser removidos.

p Grafeno de grau eletrônico

p Para determinar o tamanho e espaçamento da semente funcionaria melhor, Whang e Lee e colegas calcularam o comprimento de difusão para as temperaturas e concentrações de precursores usados. Eles cortaram "sementes" com 10 μm de largura de sua amostra de grafeno monocristalino original e as transferiram para platina policristalina com espaçamento de 50 μm. Aqui, eles cultivaram grafeno monocristalino para cobrir uma área de 2 cm x 2 cm. "Era difícil crescer para tamanhos maiores devido às limitações de nosso sistema CVD, "diz Lee." Mas acreditamos que nossa abordagem pode ser totalmente aplicada a grandes substratos de catalisador. "

p Não apenas a platina policristalina é muito mais barata, mas eles podem reciclar o substrato sem danificar a qualidade do grafeno monocristalino resultante, de modo que funciona em cerca de US $ 100 dólares por cm ² de substrato em vez de $ 2.000. Eles esperam que, se conseguirem cultivar as sementes transferidas em cobre policristalino ou folha de alumínio, eles serão capazes de cortar os custos ainda mais.

p Os pesquisadores testaram as propriedades eletrônicas do grafeno cultivado a partir de sementes transferidas, construindo dispositivos transistores de efeito de campo que ocupavam os locais de duas sementes transferidas. As comparações da mobilidade do elétron não mostraram queda apreciável na mobilidade onde as sementes transferidas se juntaram, dando 11, 811 V cm ^-1 s ^-1 para o grão esquerdo, 10, 844 para a direita e 11, 063 V cm ^-1 s ^-1 entre eles.

p Outros materiais 2-D?

p Os pesquisadores testaram a ideia com o grafeno porque seu comportamento de crescimento é bem compreendido, e em particular, é feito apenas de um tipo de átomo, carbono, o que simplifica o processo. Eles gostariam de aplicar a abordagem a materiais 2-D, mas precisaria examinar como eles gerenciam os diferentes precursores de materiais 2-D não elementares.

p "Há muitas variáveis ​​a serem consideradas por causa das diferentes taxas de solubilidade e difusão de cada elemento no catalisador, "diz Lee." No entanto, se usarmos um processo que reage sequencialmente um precursor e outro precursor, como um processo de deposição de camada atômica (ALD), o que pode simplificar os parâmetros do processo, poderia ser possível cultivar uma única monocamada cristalina de vários materiais 2-D. " p © 2020 Science X Network