La promesa del grafeno como material para nuevos tipos de dispositivos electrónicos, entre otros usos, ha llevado a investigadores de todo el mundo a estudiar el material en busca de nuevas aplicaciones. Pero una de las mayores limitaciones para un uso más amplio de los fuertes, ligero, El material altamente conductor ha sido el obstáculo de la fabricación a escala industrial.

Trabajo inicial con el material de carbono, que forma una malla a escala atómica y tiene un solo átomo de espesor, ha confiado en el uso de pequeñas escamas, Normalmente se obtiene quitando rápidamente un trozo de cinta adhesiva de un bloque de grafito, un sistema de baja tecnología que no se presta a la fabricación. Desde entonces, el enfoque se ha desplazado a la fabricación de películas de grafeno en láminas de metal, pero los investigadores se han enfrentado a dificultades para transferir el grafeno de la lámina a sustratos útiles.

Ahora, los investigadores del MIT y la Universidad de Michigan han ideado una forma de producir grafeno, en un proceso que se presta a la ampliación, haciendo grafeno directamente sobre materiales como grandes láminas de vidrio. El proceso se describe, en un artículo publicado esta semana en la revista Informes científicos , por un equipo de nueve investigadores dirigido por A. John Hart del MIT. Los autores principales del artículo son Dan McNerny, un ex postdoctorado del MIT que ahora está en Michigan, y Viswanath Balakrishnan, un ex postdoctorado del MIT que ahora está en el Instituto Indio de Tecnología.

En la actualidad, la mayoría de los métodos para hacer grafeno primero hacen crecer el material en una película de metal, como el níquel o el cobre, dice Hart, el Profesor Asociado de Ingeniería Mecánica de Mitsui Career Development. "Para que sea útil, hay que sacarlo del metal y colocarlo en un sustrato, como una oblea de silicio o una lámina de polímero, o algo más grande como una hoja de vidrio, ", dice." Pero el proceso de transferirlo se ha vuelto mucho más frustrante que el proceso de hacer crecer el grafeno en sí, y puede dañar y contaminar el grafeno ".

El nuevo trabajo Hart dice:todavía utiliza una película de metal como plantilla, pero en lugar de hacer grafeno solo sobre la película de metal, produce grafeno tanto en la parte superior como en la inferior de la película. El sustrato en este caso es dióxido de silicio, una forma de vidrio, con una película de níquel encima.

Usando deposición química de vapor (CVD) para depositar una capa de grafeno en la parte superior de la película de níquel, Hart dice:produce "no solo grafeno en la parte superior [de la capa de níquel], sino también en la parte inferior. "La película de níquel se puede quitar, dejando solo el grafeno sobre el sustrato no metálico.

De esta manera, no es necesario un proceso separado para unir el grafeno al sustrato previsto, ya sea una placa de vidrio grande para una pantalla, o un delgado, material flexible que podría usarse como base para un peso ligero, célula solar portátil, por ejemplo. "Haces la CVD en el sustrato, y, usando nuestro método, el grafeno se queda en el sustrato, "Dice Hart.

Además de los investigadores de Michigan, donde Hart enseñó anteriormente, el trabajo se realizó en colaboración con un gran fabricante de vidrio, Guardian Industries. "Para satisfacer sus necesidades de fabricación, debe ser muy escalable, ", Dice Hart. Actualmente, la empresa utiliza un proceso flotante, donde el vidrio se mueve a una velocidad de varios metros por minuto en instalaciones que producen cientos de toneladas de vidrio todos los días. "Nos inspiró la necesidad de desarrollar un proceso de fabricación escalable que pudiera producir grafeno directamente sobre un sustrato de vidrio, "Dice Hart.

El trabajo aún se encuentra en una etapa inicial; Hart advierte que "todavía necesitamos mejorar la uniformidad y la calidad del grafeno para que sea útil". Pero el potencial es grandioso, sugiere:"La capacidad de producir grafeno directamente sobre sustratos no metálicos podría utilizarse para pantallas táctiles y de gran formato, y para ventanas 'inteligentes' que tienen dispositivos integrados como calentadores y sensores ".

Hart agrega que el enfoque también podría usarse para aplicaciones a pequeña escala, como circuitos integrados en obleas de silicio, si el grafeno se puede sintetizar a temperaturas más bajas que las que se utilizaron en el presente estudio.

"Este nuevo proceso se basa en la comprensión del crecimiento del grafeno junto con la mecánica de la película de níquel, ", dice." Hemos demostrado que este mecanismo puede funcionar. Ahora se trata de mejorar los atributos necesarios para producir un recubrimiento de grafeno de alto rendimiento ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.