(PhysOrg.com) -- En chauffant du métal pour fabriquer du graphène, Les chercheurs de l'Université Rice pourraient réchauffer le cœur des fabricants d'électronique de haute technologie.

Le laboratoire du chimiste Rice James Tour a publié ce mois-ci deux articles qui font progresser la science de la fabrication de haute qualité, graphène bicouche. Ils montrent comment le faire croître sur un substrat fonctionnel en le faisant d'abord diffuser dans une couche de nickel.

Le graphène est généralement cultivé sur un catalyseur métallique, généralement du cuivre, et doit être transféré sur un substrat électriquement isolant comme le dioxyde de silicium avant de pouvoir être utilisé dans un circuit. Le processus de transfert est lourd et prend du temps et peut être aussi frustrant que de manipuler des pellicules plastiques ménagères, Tour dit.

Les nouveaux processus décrits dans deux ACS Nano Les articles montrent que le graphène bicouche à grande échelle peut être cultivé directement sur une variété de substrats isolants. Ils éliminent le processus de transfert et facilitent la croissance de grandes feuilles de graphène semi-conducteur prêtes à être incorporées dans des transistors à motifs, Tour dit.

« La capacité de faire pousser du graphène bicouche directement sur un isolant peut permettre aux fabricants d'appareils électroniques de construire des transistors sans l'étape fastidieuse de placer une feuille de graphène sur une autre, " dit Tour, T.T. et W.F. de Rice Chaire Chao en chimie ainsi que professeur de génie mécanique et science des matériaux et d'informatique.

Graphène, la forme de carbone à un seul atome d'épaisseur, a fait l'objet de nombreuses études depuis sa découverte en 2004. Le laboratoire de Tour est devenu un acteur majeur de la recherche sur le graphène en publiant ces dernières années des articles sur la décompression de nanotubes en nanorubans de graphène, caractériser ses propriétés électriques par lithographie, créer des électrodes transparentes pour les écrans tactiles et fabriquer du graphène à partir d'une variété de sources bon marché, même des cookies Girl Scout. Tous visent à réduire le coût et la complexité de la fabrication du graphène et à le généraliser.

Une seule couche de graphène, qui à l'échelle atomique ressemble à du grillage, est un semi-métal et n'a pas de bande interdite ; cela le rend inadapté à de nombreuses applications électroniques. Mais le graphène bicouche est un semi-conducteur. Ses propriétés dépendent du décalage ou de la rotation des couches les unes par rapport aux autres et il est réglable à l'aide d'un champ électrique appliqué à travers les couches.

Les nouveaux procédés dépendent de la solubilité des atomes de carbone dans le nickel chaud. Dans une étude, un groupe dirigé par l'étudiant diplômé Zhiwei Peng a évaporé une couche de nickel sur du dioxyde de silicium et placé un film polymère - la source de carbone - sur le dessus.

Chauffer le sandwich à 1, 000 degrés Celsius en présence d'argon et d'hydrogène gazeux ont permis au polymère de se diffuser dans le métal; au refroidissement, graphène formé sur les surfaces de nickel et de dioxyde de silicium. Lorsque le nickel et le graphène accidentel qui se sont formés au-dessus ont été gravés, le graphène bicouche a été laissé attaché au substrat de dioxyde de silicium.

Dans l'autre étude, l'étudiant diplômé Zheng Yan a mélangé le sandwich. Il a recouvert une couche de dioxyde de silicium d'un éclat de l'un des divers polymères, puis a mis le nickel sur le dessus. De nouveau, sous haute température et basse pression, graphène bicouche formé entre le dioxyde de silicium et le nickel. L'expérimentation avec d'autres substances a révélé que le graphène bicouche se formerait également sur du nitrure de bore hexagonal, nitrure de silicium et saphir.

« Ce type de procédé élimine le besoin de transfert roll-to-roll du graphène sur un substrat électronique, parce que le graphène bicouche peut maintenant être cultivé directement sur le substrat d'intérêt, », a déclaré la tournée.

Auteurs du premier article, "Croissance du graphène bicouche sur substrats isolants, " sont Yan, Peng, étudiant diplômé Zhengzong Sun, ancien étudiant diplômé Jun Yao, les associés de recherche postdoctoraux Yu Zhu et Zheng Liu, Tour et Pulickel Ajayan, le professeur Benjamin M. et Mary Greenwood Anderson en génie mécanique et science des matériaux et en chimie.

Auteurs du deuxième article, "Croissance directe du graphène bicouche sur des substrats de SiO2 par diffusion de carbone à travers le nickel, " sont Peng, Yan, Soleil et Tour.