Новости химической науки > Германий помогает выращивать графен

Используя германиевую подложку, исследователям удалось вырастить макроскопические пленки свободного от дефектов монокристаллического графена, этот метод получения графена намного превосходит существующие подходы. Новый подход позволяет выращивать листы графена такой площади, которые позволяют использовать этот материал для решения недоступных до настоящего времени практических задач.

Ценность графена обусловлена его уникальной гибкостью, прочностью и, прежде всего, электронными свойствами. Это позволяет рассматривать графен в качестве потенциальной замены кремнию в электронике следующего поколения. Однако, метод механического отшелушивания графена или «метод липкой ленты» не позволяет получать достаточные количества графена – отшелушивание позволяет получать лишь микрометровые чешуйки графена, что неудобно и практически бесполезно для перспектив промышленного применения этого материала.

Большие чешуйки графена можно получить с помощью химического осаждения паров. В ходе этого процесса углеродсодержащий газ, чаще всего метан, пропускают над поверхностью меди, в результате чего происходит нуклеация графеновых кристаллов во множественных точках, и эти зародыши кристаллизации вырастают в один лист. К сожалению, медь, как правило, поликристаллична, в результате чего зародышевые кристаллы графена приобретают различную ориентацию, а при их объединении между кристаллами возникают дефекты, которые могут существенно понизить электропроводность материала. Еще одним недостатком является необходимость вытравливания меди с помощью кислоты, что негативно сказывается на окружающей среде.

Идеальные листы графена без дефектов можно вырастить на поверхности германия. (Рисунок из Science, 2014, DOI: 10.1126/science.1252268)

Донмок Вонг (Dongmok Whang) с коллегами решил заместить медь германием. При пропускании газообразных метана и водорода над поверхностью германия все растущие кристаллы германия имеют одинаковую ориентацию еще до того, как объединиться в единый кристалл графена. Такой кристалл не содержит дефектов или гребней. Удаление графена с поверхности германия также представляет собой достаточно простой процесс, который не разрушает и не повреждает поверхность германиевой подложки, благодаря чему такую подложку можно использовать много раз.

Специалист по нанотехнологиям Цзивун Парк (Jiwoong Park) из Корнеллского Университета (США) заинтригован. Он отмечает, что подвижность электронов, измеренная для монокристаллического образца графена, полученного в группе Вонга, оказалась ниже, чем наилучшие значения подвижности электронов, измеренные для поликристаллического графена, хотя, заявляет, что это может быть следствием разных способов измерения подвижности электронов.

Однако Парк уверен, что у работы есть потенциал – он полагает, что новая работа является замечательными примером получения однородных однослойных материалов, контролируемое получение которых, в, свою очередь, позволит получать двух- и трехслойные системы графена с предсказанной ориентацией каждого из слоев, не содержащего дефектов.

Источник: Science, 2014, DOI: 10.1126/science.1252268

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология, #химия поверхности