En DTU se ha fabricado un árbol de Navidad con un grosor de un átomo. Muestra cómo se pueden usar las mediciones de terahercios para garantizar la calidad del grafeno.

El árbol de Navidad de las imágenes de arriba mide 14 centímetros de largo. Como está hecho de grafeno, consta de átomos de carbono en una sola capa y tiene un grosor de solo un tercio de nanómetro. Se corta de un rollo de grafeno de 10 metros de largo, se transfiere en una sola pieza utilizando una máquina laminadora reconstruida y luego se escanea con radiación de terahercios.

El experimento muestra que se puede realizar un control de calidad continuo durante la producción de grafeno, que se espera que desempeñe un papel importante en la electrónica de alta velocidad del futuro, es decir, sensores e instrumentos médicos.

El grafeno es un material bidimensional, es decir, consiste en átomos en una capa cohesiva que tiene solo un átomo de espesor. Es más robusto, más rígido y mejor conductor de electricidad y calor que cualquier otro material que conozcamos. Por lo tanto, el grafeno es un candidato obvio para los circuitos electrónicos que ocupan menos espacio, pesan menos, se pueden doblar y son más eficientes que la electrónica que conocemos hoy.

"Incluso si pudieras hacer un dibujo a lápiz de un árbol de Navidad y levantarlo del papel, que, en sentido figurado, es lo que hemos hecho, sería mucho más grueso que un átomo. Una bacteria es, por ejemplo, 3000 veces más gruesa que el grafeno capa que usamos. Es por eso que me atrevo a llamar a este el árbol de Navidad más delgado del mundo. Y aunque el punto de partida es el carbono, al igual que el grafito en un lápiz, el grafeno es al mismo tiempo incluso más conductor que el cobre. El "dibujo" está hecho en una capa perfecta en una sola pieza ", dice el profesor Peter Bøggild, quien dirigió el equipo detrás del experimento del árbol de Navidad.

"Pero detrás del chiste navideño se esconde un avance importante. Por primera vez, logramos hacer un control de calidad en línea de la capa de grafeno mientras la transferíamos. Hacer esto es la clave para obtener propiedades materiales estables, reproducibles y utilizables". que es el requisito previo para utilizar grafeno, por ejemplo, en circuitos electrónicos".

30.000 veces más fino que el film de cocina

Como han hecho los investigadores en este caso, el grafeno se puede "crecer" en una película de cobre. El grafeno se deposita en un rollo de lámina de cobre a unos 1000 °C. Ese proceso es bien conocido y funciona bien. Pero muchas cosas pueden salir mal cuando la película de grafeno ultradelgada se mueve del rodillo de cobre al lugar donde se usa. Dado que el grafeno es 30.000 veces más delgado que la película de cocina, es un proceso exigente. El investigador Abhay Shivayogimath ha estado detrás de varios inventos nuevos en el proceso de transferencia de DTU, asegurando una transferencia estable de las capas de grafeno del rollo de cobre.

Además, no ha habido ninguna tecnología que pueda controlar la calidad eléctrica del grafeno sobre la marcha, mientras lo transfiere. Este año, Peter Bøggild y su colega, el profesor Peter Uhd Jepsen de DTU Fotonik, uno de los principales investigadores de terahercios del mundo, establecieron una forma de hacerlo.

Las imágenes en color son medidas de cómo la capa de grafeno absorbe la radiación de terahercios. La absorción está directamente relacionada con la conductividad eléctrica:cuanto mejor es el grafeno conductor, mejor se absorbe.

Los rayos de terahercios son ondas de radio de alta frecuencia que se encuentran entre la radiación infrarroja y las microondas. Al igual que los rayos X, se pueden usar para escanear cuerpos humanos, tal como lo conocemos por la seguridad del aeropuerto. Los rayos de terahercios también pueden tomar fotografías de la resistencia eléctrica de la capa de grafeno. Al conectar el escáner de terahercios a la máquina que transfiere la película de grafeno, es posible visualizar las propiedades eléctricas de la película durante el proceso de transferencia.

Estándar de medida internacional oficial

Supongamos que se va a acelerar la implementación del grafeno y otros materiales 2D. En ese caso, la garantía de calidad continua es un requisito previo, dice Peter Bøggild. El control de calidad precede a la confianza, dice. La tecnología puede garantizar que las tecnologías basadas en grafeno se fabriquen de manera más uniforme y predecible con menos errores. Este año, el método de los investigadores de la DTU fue aprobado como el primer estándar de medición internacional oficial para el grafeno. Su método se describió a principios de este año en el artículo "Las imágenes de grafeno en terahercios allanan el camino hacia la industrialización".

El potencial es excelente. El grafeno y otros materiales bidimensionales pueden, p. permiten la fabricación de componentes electrónicos de alta velocidad que realizan cálculos ultrarrápidos con un consumo de energía mucho menor que las tecnologías que usamos hoy en día. Pero antes de que el grafeno pueda generalizarse a escala industrial y utilizarse en la electrónica, nos encontramos en la vida cotidiana con tres problemas principales que deben resolverse.

En primer lugar, el precio es demasiado alto. Se necesita una producción mayor y más rápida para bajar el precio. Pero con eso, te enfrentas al segundo problema:cuando aumentas la velocidad y al mismo tiempo no puedes verificar la calidad, el riesgo de error también aumenta dramáticamente. En transferencias de alta velocidad, todo debe configurarse con precisión. Esto nos lleva al tercer problema:¿Cómo saber qué es preciso?

Requiere medidas. Y preferiblemente mediciones durante el proceso de transferencia real. El equipo de DTU está convencido de que la mejor opción para ese método es el control de calidad mediante radiación de terahercios.

Peter Bøggild enfatiza que estos tres problemas no se han resuelto solo con el nuevo método:"Hemos dado un paso muy significativo. Hemos convertido una máquina laminadora en un sistema de transferencia llamado rollo-2-rollo. Levanta suavemente el grafeno del rollo de cobre en el que crece la capa de grafeno y la traslada a la lámina de plástico sin que se rompa, se arrugue o se ensucie. Cuando combinamos esto con el sistema de terahercios, podemos ver inmediatamente si el proceso ha ido bien. Es decir, si tenemos grafeno intacto con baja resistencia eléctrica", dice Peter Bøggild. + Explora más

Los investigadores se acercan más al control del grafeno bidimensional