Micrographie optique des domaines de graphène formés à travers les joints de grains. Crédit :Université d'Oxford
Une nouvelle façon de faire pousser du graphène sans les défauts qui l'affaiblissent et empêchent les électrons de circuler librement à l'intérieur pourrait ouvrir la voie à la fabrication à grande échelle de dispositifs à base de graphène avec des applications dans des domaines tels que l'électronique, énergie, et soins de santé.
Une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université d'Oxford a surmonté un problème clé de la croissance du graphène - une couche de carbone d'une épaisseur d'un atome - en utilisant une technique établie appelée dépôt chimique en phase vapeur, que les minuscules flocons de graphène se forment avec des orientations aléatoires, laissant des défauts ou des « coutures » entre les flocons qui poussent ensemble.
La découverte, rapporté dans un article à paraître dans ACS Nano , révèle comment ces flocons de graphène, appelés « domaines », peut être aligné en manipulant l'alignement des atomes de carbone sur une feuille de cuivre relativement bon marché – la structure atomique de la surface du cuivre agit comme un « guide » qui contrôle l'orientation des atomes de carbone qui poussent au-dessus d'eux.
Une combinaison du contrôle de ce guide de cuivre et de la pression appliquée lors de la croissance permet de contrôler l'épaisseur de ces domaines, la géométrie de leurs bords et les joints de grains où ils se rencontrent - des « coutures » qui agissent comme des obstacles au bon déroulement des électrons nécessaires pour créer des dispositifs électriques et électroniques efficaces à base de graphène.
« Les méthodes actuelles de croissance des flocons de graphène souffrent souvent de domaines de graphène qui ne s'alignent pas, " a déclaré le professeur Nicole Grobert du département des matériaux de l'Université d'Oxford qui a dirigé les travaux. « Notre découverte montre qu'il est possible de produire de grandes feuilles de graphène où ces flocons, appelés 'domaines', sont bien alignés, qui créera un plus net, plus forte, et un matériau plus « convivial pour les électrons ».
En principe, la taille de la feuille de graphène qui peut être créée n'est limitée que par la taille de la feuille de base en cuivre.
Image SEM de domaines de graphène hexagonaux bien alignés. Crédit :Université d'Oxford
L'équipe dirigée par Oxford, qui comprend des chercheurs du Forschungszentrum Juelich Allemagne, l'Université de Ioannina Grèce, et Renishaw plc, a montré qu'il est également possible d'utiliser la nouvelle technique pour faire croître de manière sélective des domaines bicouches de graphène - une double couche d'atomes de carbone étroitement emballés - qui sont particulièrement intéressants pour leurs propriétés électriques inhabituelles.
« Les gens ont déjà utilisé le cuivre comme matériau de base, mais c'est la première fois que quelqu'un montre que les nombreux types de surfaces de cuivre peuvent en effet contrôler fortement la structure du graphène, dit le professeur Grobert. « C'est une étape importante vers la recherche d'un moyen de fabriquer du graphène de manière contrôlée à l'échelle industrielle, quelque chose qui est essentiel si nous voulons combler le fossé entre la recherche fondamentale et la création de technologies utiles à base de graphène.'
