Wie man Graphene - MIT Technology Review

Wie man Graphene - MIT Technology Review

Flexible Prozess: Ein neues Herstellungsverfahren von Forschern an der Rutgers University entwickelt wurde, kann ein Film aus Graphen-Atom dicke Schicht aus Kohlenstoff-on deponieren fast jedes Substrat, einschließlich der flexiblen Kunststoff hier gezeigt. Die Filme können in Dünnfilmtransistoren oder als leitfähige Elektroden für organische Solarzellen verwendet werden.







Dünne Schichten aus Graphen könnten einen billigen Ersatz für die transparenten, leitfähigen Indiumzinnoxid-Elektroden in organischen Solarzellen verwendet, bereitzustellen. Sie können auch die Silizium-Dünnfilmtransistoren gemeinsam in Anzeigebildschirmen ersetzen. Graphene können Elektronen zig-mal schneller als Silizium transportieren, so Graphen-Transistoren schneller arbeiten könnten und weniger Strom verbrauchen. (Siehe „Graphene Transistor“ und „Better Graphene Transistoren.“)

In der Tat verwendet Rutgers Werkstoff- und Ingenieurwissenschaften Professor Manish Chhowalla und seine Kollegen ihre Graphenfilme Prototyp Transistoren und organischen Solar zu telefonieren. In einer kürzlich erschienenen Arbeit Nature Nanotechnology. sie zeigten, dass sie die transparenten Filme auf jedem Substrat ablagern kann, einschließlich Glas und flexible Kunststoff. Chhowalla sagt, dass das Verfahren in einem größeren Maßstab zur Beschichtung angepasst werden könnten, „m und m von Substraten mit Folien Graphen,“ Verwendung Rolle-zu-Rolle-Verfahren, eine Technik, große flexible elektronische Schaltungen machen entwickelt.

Im Gegensatz dazu aktuelle Techniken zur Herstellung von Graphen-Ausbeute noch geringe Mengen des Materials, die nur zur experimentellen Verwendung. Eine übliche Technik ist die „Scotch tape-Methode“ genannt, in dem ein Stück Klebeband verwendet wird, um Graphen Flocken ablöst einen Chunks aus Graphit, die im wesentlichen ein Stapel von Graphenschichten ist. Dies resultiert in Mikrometergrße Graphenfragmente, die zwischen den Elektroden angeordnet sind, um einen Transistor zu bilden. „Aber wenn man über große Geräte sprechen, Sie makroskopische [Blätter] machen wollen“, sagt Hannes Schniepp. ein Graphen-Forscher an der Princeton University. Dafür müssen Sie die Montage von kleineren Graphen Stücke über eine große Fläche führen, sagt Schniepp, das ist genau das, was die Rutgers Forscher tun.







Die Forscher beginnen, indem eine Suspension von Graphenoxids Flocken machen. Sie oxidieren Graphitflocken mit Schwefel- oder Salpetersäure. Dies fügt Sauerstoffatom zwischen einzelnen Graphenschichten und drückt sie auseinander, in Graphenoxids Blättern führt, die in Wasser suspendiert sind.

James-Tour. Chemieprofessor an der Rice University sagt, dass dies „sicherlich die einfachste Methode, die ich habe für die Herstellung von [Graphen Dünnschichten] über große Flächen gesehen.“ Er glaubt, dass der Prozess leicht in eine größere, kommerziellem Maßstab Herstellungstechnik umgewandelt werden könnte . „Es ist sehr zugänglich für die schnelle Produktion“, sagt er. „Es wird nicht viel nehmen diese Dinge produziert werden ... und große Flächen zu bedecken.“

Chhowalla und seine Kollegen kontrollieren die Dicke des Films durch die Lautstärke der Aufhängung zu verändern. Ein Volumen von 20 Milliliter ergibt sich ein Film, der hauptsächlich 1.59 Nanometer dick ist, während ein 80-Milliliter-Suspension führt zu Filmen, die hauptsächlich drei vor fünf Nanometer dick sind. Die dünneren Filme sind 95 Prozent transparent. Die Forscher haben die Filme als transparente Elektroden in organischen Solarzellen verwendet. Sie haben auch Transistoren durch ihre Filme Platzierung auf einem Siliciumsubstrat und Aufbringen Goldelektroden auf sie.

Die Graphen-Filme brauchen viel mehr Arbeit. Im Moment sind die Transistoren nicht so viel Strom wie die aus einzelnen Graphenflocken gemacht tragen, die die Forscher spekulieren, ist wegen der sich überlappenden Flocken in ihren Filmen. Für hochwertige Transistoren, benötigen sie einlagigen Graphenfilme ohne Überlappung zu machen. Sie müssen auch die Leitfähigkeit der Folie verbessern: Indium-Zinn-Oxid ist immer noch mehr hundert Mal mehr leitend. Organische Solarzellen mit Indiumzinnoxid-Elektroden sind zwischen 3 Prozent und 5 Prozent effizient. „Mit Graphen Dünnschichtelektroden, erhalten wir 0,1 Prozent“, Chhowalla sagt: „aber diese sind Proof-of-Concept-Geräte und natürlich mit der Zeit verbessern.“

Tour glaubt, dass der Film mehr Versprechen für organische Solarzellen als für Transistoren hält. Viele Forscher untersuchen auch Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Filme als eine Möglichkeit, Indium-Zinn-Oxid-Beschichtungen auf Solarzellen zu ersetzen. Aber Informationsschalter sagt, dass Graphen wäre „möglicherweise einfacher, als Kohlenstoff-Nanoröhren unter Verwendung aufgrund der größeren Verfügbarkeit des Materials.“ Die Branche könnte auch finden es einfacher, Graphen zu übernehmen, weil der Bedenken, dass einige Leute über die Auswirkungen von Kohlenstoff-Nanoröhren auf die haben Umwelt.

Werden MIT Technology Review Insider für eine gründliche Analyse und einzigartige Perspektive.







In Verbindung stehende Artikel