Los escáneres de rayos X revolucionaron los tratamientos médicos al permitirnos ver el interior de los seres humanos sin cirugía. Similar, La espectroscopia de terahercios penetra las películas de grafeno, lo que permite a los científicos hacer mapas detallados de su calidad eléctrica. sin dañar ni contaminar el material. El Graphene Flagship reunió a investigadores de la academia y la industria para desarrollar y madurar esta técnica analítica, y ahora está lista una nueva herramienta de medición para la caracterización del grafeno.

El esfuerzo fue posible gracias al entorno colaborativo habilitado por el consorcio europeo Graphene Flagship, con la participación de científicos de Graphene Flagship partners DTU, Dinamarca, IIT, Italia, Universidad Aalto, Finlandia, AIXTRON, REINO UNIDO, imec, Bélgica, Grafenea España, Universidad de Varsovia, Polonia, y Thales R&T, Francia, así como colaboradores en China, Corea y Estados Unidos.

El grafeno a menudo se 'intercala' entre muchas capas y materiales diferentes para su uso en dispositivos electrónicos y fotónicos. Esto complica el proceso de evaluación de la calidad. La espectroscopia de terahercios facilita las cosas. Toma imágenes de los materiales encapsulados y revela la calidad del grafeno que se encuentra debajo, exponer imperfecciones en puntos críticos del proceso de fabricación. Es un ayuno tecnología no destructiva que prueba las propiedades eléctricas del grafeno y los materiales en capas, sin necesidad de contacto directo.

El desarrollo de técnicas de caracterización como la espectroscopia de terahercios es fundamental para acelerar la producción a gran escala, ya que garantizan que los dispositivos habilitados para grafeno se fabriquen de manera consistente y predecible, sin defectos. El control de calidad precede a la confianza. Gracias a otros desarrollos iniciados por Graphene Flagship, como la producción rollo a rollo de grafeno y materiales en capas, La tecnología de fabricación está lista para dar el siguiente paso. La espectroscopia de terahercios nos permite aumentar la producción de grafeno sin perder de vista la calidad.

"Esta es la técnica que necesitábamos para igualar los niveles de producción de alto rendimiento habilitados por Graphene Flagship, ", explica Peter Bøggild, del socio insignia de Graphene DTU." Estamos seguros de que la espectroscopia de terahercios en la fabricación de grafeno será tan rutinaria como las exploraciones de rayos X en los hospitales. ", agrega." De hecho, gracias a la espectroscopia de terahercios, puede mapear fácilmente incluso muestras de grafeno a escala de metro sin tocarlas, lo que no es posible con algunas otras técnicas de vanguardia ". Además, Graphene Flagship está estudiando actualmente cómo aplicar la espectroscopia de terahercios directamente en las líneas de producción de grafeno de rollo a rollo, y acelerar la captura de imágenes.

La colaboración fue clave para este logro. Los investigadores de Graphene Flagship en instituciones académicas trabajaron en estrecha colaboración con los principales fabricantes de grafeno, como los socios de Graphene Flagship, AIXTRON, Graphenea e IMEC. "Esta es la mejor manera de garantizar que nuestra solución sea relevante para nuestros usuarios finales, empresas que fabrican grafeno y materiales en capas a escala industrial, ", dice Bøggild." Nuestra publicación es un estudio de caso completo que destaca la versatilidad y confiabilidad de la espectroscopia de terahercios para el control de calidad y debe guiar a nuestros colegas en la aplicación de la técnica a muchos sustratos de relevancia industrial como el silicio, zafiro, carburo de silicio y polímeros ", añade.

Establecer estándares es un paso importante para el desarrollo de cualquier material nuevo, para garantizar que sea seguro, genuino y ofrecerá un rendimiento que sea confiable y consistente. Es por eso que Graphene Flagship tiene un grupo de trabajo dedicado centrado en la estandarización del grafeno, técnicas de medición y análisis y procesos de fabricación. El método recientemente desarrollado para la espectroscopia de terahercios está en camino de convertirse en una especificación técnica estándar, gracias al trabajo del Comité de Normalización del Grafeno Flagship. "Sin duda, esto acelerará la adopción de esta nueva tecnología, ya que describirá cómo el análisis y la comparación de muestras de grafeno se pueden realizar de forma reproducible, "explica Peter Jepsen de Graphene Flagship Partner DTU, quién es coautor del estudio. "La espectroscopia de terahercios es otro paso más para aumentar la confianza en los productos habilitados con grafeno, ", concluye.

Amaia Zurutuza, coautor del artículo y director científico de Graphene Flagship partner Graphenea, dice:"En Graphenea, Estamos convencidos de que las imágenes de terahercios pueden permitir el desarrollo de técnicas de control de calidad capaces de cumplir con los requisitos de rendimiento de fabricación y proporcionar información relevante sobre la calidad del grafeno. que es esencial en nuestro camino hacia la industrialización exitosa del grafeno ".

Thurid Gspann, el presidente del comité insignia de estandarización del grafeno, dice, "Se espera que esta técnica de terahercios [espectroscopía] sea ampliamente adoptada por la industria. No requiere ninguna preparación de muestra en particular y es una técnica de mapeo que permite analizar grandes áreas de una manera eficiente en el tiempo".

Marco Romagnoli, Líder de la división insignia de grafeno para la integración de electrónica y fotónica, agrega, "La herramienta de espectroscopia de terahercios para la aplicación a escala de obleas es un estado de la técnica, sistema de TRL alto para caracterizar pilas multicapa en obleas que contienen grafeno CVD. Funciona en poco tiempo y con buena precisión, y proporciona los principales parámetros de interés, como la movilidad del operador, conductividad, tiempo de dispersión y densidad de portadores. Este logro técnico de alto valor es también un ejemplo de la ventaja de ser parte de un gran proyecto colaborativo como Graphene Flagship ".

Andrea C. Ferrari, Oficial de ciencia y tecnología de Graphene Flagship y presidente de su panel de administración, agrega, "Una vez más, Los investigadores de Graphene Flagship son pioneros en una nueva técnica de caracterización para facilitar el desarrollo de la tecnología del grafeno. Esto nos ayuda a progresar de manera constante en nuestra hoja de ruta de innovación y tecnología y beneficiará la adopción industrial del grafeno en una amplia gama de aplicaciones ".