p Uma nova maneira de fazer grandes folhas de alta qualidade, grafeno atomicamente fino pode levar a um peso ultraleve, células solares flexíveis, e para novas classes de dispositivos emissores de luz e outros eletrônicos de filme fino. p O novo processo de fabricação, que foi desenvolvido no MIT e deve ser relativamente fácil de expandir para a produção industrial, envolve uma camada intermediária de "amortecimento" de material que é a chave para o sucesso da técnica. O buffer permite a folha de grafeno ultrafina, menos de um nanômetro (bilionésimo de metro) de espessura, para ser facilmente retirado de seu substrato, permitindo uma rápida fabricação rolo a rolo.

p O processo é detalhado em artigo publicado ontem em Materiais Funcionais Avançados , pelos pós-doutorandos do MIT Giovanni Azzellino e Mahdi Tavakoli; professores Jing Kong, Tomas Palacios, e Markus Buehler; e cinco outros no MIT.

p Encontrar uma maneira de fazer emagrecer, grande área, eletrodos transparentes que são estáveis ​​ao ar livre tem sido uma grande busca na eletrônica de filme fino nos últimos anos, para uma variedade de aplicações em dispositivos optoeletrônicos - coisas que emitem luz, como telas de computador e smartphone, ou colha, como células solares. O padrão de hoje para tais aplicações é óxido de índio e estanho (ITO), um material baseado em elementos químicos raros e caros.

p Muitos grupos de pesquisa trabalharam para encontrar um substituto para o ITO, com foco em materiais candidatos orgânicos e inorgânicos. Grafeno, uma forma de carbono puro, cujos átomos estão dispostos em uma matriz hexagonal plana, tem propriedades elétricas e mecânicas extremamente boas, no entanto, é extremamente fino, fisicamente flexível, e feito de um abundante, material barato. Além disso, pode ser facilmente cultivado na forma de grandes folhas por deposição química de vapor (CVD), usando cobre como uma camada de semente, como o grupo de Kong demonstrou. Contudo, para aplicativos de dispositivo, a parte mais complicada tem sido encontrar maneiras de liberar o grafeno cultivado em CVD de seu substrato de cobre nativo.

p Esta liberação, conhecido como processo de transferência de grafeno, tende a resultar em uma teia de lágrimas, rugas, e defeitos nas folhas, o que interrompe a continuidade do filme e, portanto, reduz drasticamente sua condutividade elétrica. Mas com a nova tecnologia, Azzellino diz, "agora somos capazes de fabricar de forma confiável folhas de grafeno de grandes áreas, transferi-los para qualquer substrato que quisermos, e a maneira como os transferimos não afeta as propriedades elétricas e mecânicas do grafeno puro. "

p A chave é a camada de buffer, feito de um material polimérico chamado parileno, que se conforma ao nível atômico com as folhas de grafeno nas quais é implantado. Como o grafeno, parileno é produzido pela CVD, o que simplifica o processo de fabricação e escalabilidade.

p Como demonstração desta tecnologia, a equipe fez células solares de prova de conceito, adotando um material de célula solar polimérica de película fina, junto com a camada de grafeno recém-formada para um dos dois eletrodos da célula, e uma camada de parileno que também serve como substrato do dispositivo. Eles mediram uma transmitância óptica perto de 90 por cento para o filme de grafeno sob luz visível.

p A célula solar prototipada à base de grafeno melhora em cerca de 36 vezes a potência fornecida por peso, em comparação com dispositivos de última geração baseados em ITO. Ele também usa 1/200 a quantidade de material por unidade de área para o eletrodo transparente. E, há outra vantagem fundamental em comparação com o ITO:"O grafeno vem quase de graça, "Azzellino diz.

p "Dispositivos ultraleves baseados em grafeno podem abrir caminho para uma nova geração de aplicativos, "diz ele." Então, se você pensar em dispositivos portáteis, a potência por peso se torna uma figura de mérito muito importante. E se pudéssemos implantar uma célula solar transparente em seu tablet que é capaz de ligar o próprio tablet? "Embora algum desenvolvimento adicional seja necessário, tais aplicações devem ser viáveis ​​com este novo método, ele diz.

p O material tampão, parileno, é amplamente utilizado na indústria de microeletrônica, geralmente para encapsular e proteger dispositivos eletrônicos. Então, as cadeias de suprimentos e equipamentos para usar o material já estão difundidos, Azzellino diz. Dos três tipos existentes de parileno, os testes da equipe mostraram que um deles, que contém mais átomos de cloro, foi de longe o mais eficaz para esta aplicação.

p A proximidade atômica do parileno rico em cloro ao grafeno subjacente à medida que as camadas são colocadas juntas fornece uma vantagem adicional, oferecendo uma espécie de "doping" para o grafeno, finalmente fornecendo uma abordagem mais confiável e não destrutiva para a melhoria da condutividade do grafeno de grande área, ao contrário de muitos outros que foram testados e relatados até agora.

p "Os filmes de grafeno e parileno estão sempre cara a cara, "Azzellino diz." Então, basicamente, a ação de doping está sempre lá, e, portanto, a vantagem é permanente. " 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.