Исследователи создают самую тонкую в мире рождественскую елку

В Техническом университете Дании (ДТУ) была изготовлена новогодняя елка толщиной в один атом. Она показывает, как терагерцовые измерения могут быть использованы для обеспечения качества графена.

Елка, изображенная на фотографии выше, имеет длину 14 сантиметров. Поскольку она сделана из графена, то состоит из одного слоя атомов углерода и имеет толщину всего треть нанометра. Она вырезана из 10-метрового рулона графена, перенесена одним куском с помощью переоборудованной машины для ламинирования, а затем отсканирована терагерцовым излучением.

Эксперимент с рождественской елкой

Эксперимент показывает, что в процессе производства графена, который, как ожидается, будет играть важную роль в будущей высокоскоростной электронике, т.е. в медицинских инструментах и датчиках, можно осуществлять непрерывный контроль качества.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Графен - это так называемый двумерный материал, то есть он состоит из атомов в одном сплошном слое толщиной всего в один атом. Он более прочный, жесткий и лучше проводит электричество и тепло, чем любой другой известный нам материал. Поэтому графен - очевидный кандидат на создание электронных схем, которые занимают меньше места, меньше весят, легче гнутся и более эффективны, чем известные нам сегодня электронные устройства.

"Даже если бы вы смогли нарисовать карандашом рождественскую елку и оторвать ее от бумаги - что, образно говоря, мы и сделали - она была бы гораздо толще одного атома. Бактерия, например, в 3000 раз толще графенового слоя, который мы использовали. Вот почему я осмеливаюсь называть это самой тонкой в мире рождественской елкой. И хотя отправной точкой является углерод, похожий на графит в карандаше, графен в свою очередь еще более проводящий, чем медь. "Рисунок сделан одним идеальным слоем в одном цельном исполнении", - говорит профессор Питер Бёггильд, возглавляющий группу, которая проводила эксперимент с рождественской елкой.

"Но за рождественской шуткой скрывается важный прорыв. Впервые нам удалось провести поточный контроль качества графенового слоя в процессе его переноса. Это ключ к получению стабильных, воспроизводимых и пригодных для использования свойств материала, что является предпосылкой для использования графена, например, в электронных схемах".

В данном случае графен может быть "выращен" на медной пленке. Графен осаждается на рулон медной фольги при температуре около 1000 °С. Этот процесс хорошо известен и отлажен. Но многое может пойти не так, когда ультратонкая графеновая пленка перемещается с медного валика туда, где ее используют. Поскольку графен в 30 000 раз тоньше кухонной пленки, этот процесс требует больших усилий. Исследователь Абхай Шивайогиматх является автором нескольких новых изобретений в процессе переноса в ДТУ, обеспечивающих стабильный перенос графеновых слоев с медного валика.

Кроме того, до сих пор не существовало технологии, позволяющей контролировать электрические свойства графена на ходу, во время его переноса. В этом году Питер Бёггильд и его коллега профессор Питер Уд Джепсен из ДТУ Fotonik, один из ведущих в мире исследователей терагерцового диапазона, разработали способ сделать это.

Цветные изображения - это измерения того, как графеновый слой поглощает терагерцовое излучение. Поглощение напрямую связано с электропроводностью: чем лучше проводит графен, тем лучше он поглощает.

Терагерцовые лучи - это высокочастотные радиоволны, которые находятся между инфракрасным излучением и микроволнами. Как и рентгеновские лучи, они могут быть использованы для сканирования человеческого тела, как мы знаем это из практики контроля безопасности в аэропортах. Терагерцовые лучи также могут фотографировать электрическое сопротивление графенового слоя. Подключив терагерцовый сканер к машине, которая переносит графеновую пленку, можно получить изображение электрических свойств пленки во время процесса переноса.

Предположим, что внедрение графена и других двумерных материалов должно быть ускорено. В этом случае постоянный контроль качества является необходимым условием, говорит Питер Бёггильд. Контроль качества предшествует доверию, говорит он. Технология может гарантировать, что технологии на основе графена будут производиться более равномерно и предсказуемо, с меньшим количеством ошибок". В этом году метод исследователей DTU был утвержден в качестве первого официального международного стандарта измерения графена. Их метод был описан ранее в этом году в статье " Terahertz imaging of graphene paves the way to industrialisation".

Потенциал превосходен. Графен и другие двумерные материалы могут, например, позволить производить высокоскоростную электронику, выполняющую молниеносные вычисления с гораздо меньшим энергопотреблением, чем технологии, которые мы используем сегодня. Но прежде чем графен получит широкое распространение в промышленных масштабах и начнет использоваться в электронике, мы столкнемся в повседневной жизни с тремя основными проблемами, которые необходимо решить.

Во-первых, слишком высокая цена. Чтобы снизить цену, необходимо более быстрое производство. Но при этом возникает вторая проблема: когда вы увеличиваете скорость и не можете одновременно проверять качество, риск ошибки также резко возрастает. При высокоскоростной передаче все должно быть настроено точно. Это подводит нас к третьей проблеме: как узнать, насколько все точно?

Для этого необходимы измерения. И желательно, чтобы измерения проводились во время самого процесса переноса. Команда DTU убеждена, что лучший вариант такого метода - контроль качества с использованием терагерцового излучения.

Питер Бёггильд подчеркивает, что эти три проблемы не были решены только с помощью нового метода: "Мы сделали очень значительный шаг. Мы переоборудовали машину для ламинирования в так называемую систему переноса "валик - валик". Она аккуратно снимает графеновый слой с медного вала, на котором выращивается графеновый слой, и переносит его на пластиковую пленку, при этом он не ломается, не мнется и не пачкается. Когда мы сочетаем это с терагерцовой системой, мы можем сразу увидеть, хорошо ли прошел процесс. То есть, есть ли у нас цельный графен с низким электрическим сопротивлением", - говорит Петер Бёггильд. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet