notícia O grafeno monocristalino grande é possível!

[Veras]

 

Com a condutividade, a força e a flexibilidade que desejamos, o grafeno foi proposto como um dos substitutos mais prováveis para o silício e outros materiais. O seu lançamento no mercado ainda é lento. O que impede o grafeno de aplicações industriais? Um fator é que o grafeno monocristalino de qualidade superior produzido até agora é apenas um par de milímetros ou um máximo de centimetros de tamanho. Recentemente, uma equipe liderada pelo Prof. Feng Ding e pelo Prof. Rodney Ruoff no Centro de Materiais Multidimensionais de Carbono no Instituto de Ciências Básicas (IBS), Prof. Kaihui Liu na Universidade de Pequim , e seus colaboradores relataram a síntese de uma folha grande De monocamada de grafeno monocristalino. Este resultado permite um salto em frente na produção de grafeno: avançando a partir de uma técnica que sintetiza algumas folhas cm2 de grafeno monocristal em algumas horas, para um método otimizado que permite a criação de um quase perfeito (> 99,9% alinhado) Grafeno monocristalino de 5 × 50 cm2 em apenas 20 minutos. Além disso, os baixos custos de produção, comparáveis aos filmes de grafeno policristalino de menor qualidade comercialmente disponíveis, poderiam expandir sua usabilidade. Detalhado no Boletim de Ciências, espera-se que o método estimule outros trabalhos fundamentais sobre o grafeno e materiais relacionados, incluindo o dobramento em grande escala de folhas de grafeno, semelhante ao papel, criando formas semelhantes a origami ou kirigami, que poderiam ser aplicadas em futuros circuitos flexíveis .

Uma monocamada de átomos de carbono em forma de favo de mel, uniforme em todo o material, oferece suas propriedades excepcionais ao grafeno monocristalino. Por outro lado, o grafeno policristalino é formado por ilhas de grafeno orientadas aleatoriamente, que diminuem sua qualidade. Atualmente, os cientistas são capazes de cultivar grafeno policristalino de tamanho medidor e grafeno monocristalino menor, variando de 0,01 mm2 a alguns cm2. A síntese de grafeno monocristalino grande a baixo custo foi considerada um objetivo crítico da síntese de grafeno. Neste estudo, o grafeno é cultivado na superfície de uma folha de cobre de 5 × 50 cm2, que foi transformada em uma folha de cobre monocristalino por aquecimento para ~ 1.030. Uma inclinação de temperatura de quente para frio moveu o chamado limite de grão em diante, criando um cristal único perfeito. No tratamento de aquecimento e resfriamento, os átomos de cobre migram para dentro do material, organizando em uma estrutura ordenada com menos defeitos. "O segredo para obter o grafeno de um único cristal de tamanho muito grande, é ter um cobre de cristal único perfeito como base para começar. A grande folha de cobre monocristalino não está disponível no mercado, então os laboratórios devem construí-lo com os seus próprios Significa ", explica Feng Ding, líder do grupo no Centro de Materiais Multidimensionais de Carbono.

Então, com outra técnica chamada deposição química de vapor, milhões de ilhas de grafeno paralelas são formadas na superfície da folha de cobre. À medida que mais átomos de carbono depositam na folha, as ilhas continuam crescendo até se unirem e formam uma camada de grafeno monocristalino muito estreita e perfeita que cobre toda a superfície disponível.

Para otimizar a técnica, a equipe teve que considerar quatro desafios técnicos: (i) preparação de papel de cobre monocristalino em uma área muito grande, (ii) obtenção de um alto grau de alinhamento das ilhas de grafeno após a sua nucleação e crescimento , (Iii) costura perfeitamente as ilhas de grafeno em um único cristal através de um crescimento adicional e (iv) o rápido crescimento do grafeno monocristal. Embora os relatórios anteriores abordem alguns dos desafios acima mencionados, este estudo superou todos eles e possibilitou a síntese de grafeno monocristalino de tamanho medidor. O grau das ilhas de grafeno desalinhadas é inferior a 0,1%, portanto, grandes defeitos reduzidos e limites de grãos nos produtos.

O resultado atual foi limitado apenas pelo tamanho da folha de cobre e, em princípio, tanto o tamanho da folha de cobre como o filme de grafeno podem ser ilimitados. Além disso, considerando o tempo muito curto de síntese de grafeno (20 minutos) e a configuração experimental de custo relativamente baixo, o preço de um grafeno monocristalino (ou quase único) pode ser próximo dos filmes de grafeno policristalino atuais.

"O sonho de muitos cientistas é tornar o material do futuro, para substituir o silício", diz Ding. "Agora, estamos explorando qual é o melhor material para cultivar o grafeno em cima e como usar o cobre como substrato para outros materiais 2D interessantes".

Fonte e imagem de topo: Institute for Basic Science

Saiba mais no próximo evento líder sobre o tema: Printed Electronics USA 2017  De 15 a 16 de novembro de 2017 no Centro de Convenções de Santa Clara, CA, EUA, hospedado pela IDTechEx.

 

Fonte: Printed Electronics

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Editado: 2 de Agosto de 2017 por Veras

[alejeff]

Os cientistas não param de descobrir novas possíveis aplicações "milagrosas" para o grafeno, inclusive acabei de postar uma notícia sobre o tema