(PhysOrg.com) -- Une méthode qui réduit de plus de moitié la température à laquelle du graphène de haute qualité peut être produit a été mise au point par des chercheurs.

La technique ouvre de nouvelles opportunités pour l'utilisation du graphène, qui est largement considérée comme une « substance miracle » potentielle pour le 21e siècle.

Les chercheurs du département d'ingénierie de l'Université de Cambridge ont ajouté une très petite quantité d'or à la surface d'un film de nickel, sur laquelle le graphène a ensuite été cultivé. L'alliage résultant signifiait qu'ils étaient capables de faire pousser du graphène à 450 ° C par opposition au 1, 000ºC normalement requis.

L'équipe, qui a été dirigé par Robert Weatherup et Bernhard Bayer dans le groupe de recherche Hofmann du département, a également pu en savoir plus sur la façon dont le graphène se forme au cours de ce processus.

"Ce n'est qu'une fois que nous avons développé une image détaillée de la croissance du graphène que nous avons pu commencer à régler cette croissance et à concevoir rationnellement le catalyseur - le nickel - pour l'améliorer, ", a déclaré Weatherup. « Comprendre cela est intéressant d'un point de vue scientifique, mais l'utilisation de ces connaissances pour améliorer le processus de croissance a été le résultat vraiment utile de notre travail.

Le graphène est une substance microscopiquement mince – qui n'existe essentiellement que dans deux dimensions. Il se compose d'un seul, feuille d'atomes de carbone d'épaisseur atomique, disposés en un réseau hexagonal.

Ce qui le rend passionnant pour les scientifiques, c'est sa gamme remarquable de propriétés. Le graphène est très fort, transparent et hautement conducteur. Cela signifie qu'il pourrait être utilisé pour toute une gamme d'applications, y compris l'électronique flexible qui peut être portée par l'utilisateur, haut débit rapide, calcul haute performance et composants légers pour avions et autres machines.

Pour que l'une de ces possibilités se réalise, une méthode fiable pour produire du graphène de haute qualité est nécessaire. La meilleure option à ce jour a impliqué des scientifiques utilisant le dépôt chimique en phase vapeur. Dans ce processus, un film de catalyseur - dans certains cas du nickel, dans d'autres, le cuivre est exposé à un gaz contenant du carbone à des températures très élevées. Le graphène s'assemble alors à la surface du film.

Jusqu'à maintenant, températures d'environ 1, 000°C ont été nécessaires pour que le graphène se forme. Cela pose problème, parce que les températures de croissance élevées endommageraient gravement de nombreux matériaux utilisés dans la fabrication d'électronique courante, ce qui signifie que le graphène ne peut pas être directement intégré dans les circuits qui seraient ensuite utilisés dans les produits électroniques.

L'utilisation par Weatherup et Bayer de films de nickel avec une petite quantité d'or (moins de 1%) ouvre cette possibilité en réduisant la température de croissance à 450º. L'alliage réduit également le nombre d'endroits où le graphène se développe sur le film, parce que l'or bloque la croissance du graphène.

Cela signifie qu'à mesure que chaque flocon de graphène émerge, il grossit et plus longtemps avant de se joindre à un autre flocon. Parce que les électrons voyageant à travers le graphène ne sont donc pas aussi souvent perturbés par les jointures entre les flocons, la conductivité du graphène est améliorée. Le résultat est du graphène qui peut être produit à une température considérablement réduite, mais est toujours de la très haute qualité qui serait nécessaire pour les applications futures.

Des techniques spécialisées ont également été utilisées au cours du processus pour « détecter » la couche de graphène de l'épaisseur d'un atome au fur et à mesure de sa croissance. Les chercheurs ont pu montrer de manière définitive que la croissance du graphène ne se produit pas uniquement lorsque la substance se refroidit (comme certains universitaires l'avaient déjà pensé), et que sa croissance n'est pas seulement affectée par la surface du film de catalyseur, mais par une région du film en dessous.

Les chercheurs prédisent largement que ce n'est qu'une question de temps avant que le graphène ne passe du domaine de la recherche scientifique à l'industrie. Pour l'instant, cependant, le développement commercial est encore loin.

« Nous aimerions idéalement produire du graphène directement sur un substrat isolant, comme actuellement, l'alliage doit être retiré après croissance pour que le graphène soit utilisé dans des applications, ", a déclaré Weatherup. "Le problème est que les isolants ont tendance à être moins bons pour convertir les gaz contenant du carbone en graphène de haute qualité."

« La croissance du graphène est encore un domaine très jeune, mais ça va incroyablement vite. En utilisant l'alliage du catalyseur, comme nous l'avons ici, est une toute nouvelle approche pour améliorer le processus et nous nous attendons à ce qu'une enquête plus approfondie à ce sujet conduira probablement à une amélioration de la production de graphène, et peut-être à des températures encore plus basses.

Les résultats sont rapportés dans le nouveau numéro de la revue académique, Lettres nano .