Instituut demonstreert grafeenproductie op grote schaal

Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory hebben een methode ontwikkeld waarbij een laag grafeen via een opdampproces op een laag polymeer wordt aangebracht. Zij bedekten daarmee een oppervlak van ongeveer vijf bij vijf centimeter.

Het materiaal wordt opgedampt op de drager van polymeer via chemische gasfase-afscheiding en heeft goede geleidende eigenschappen. Het onderzoek staat in Applied Materials & Interfaces.

Een van de onderzoekers, Ivan Vlassiouk, zegt op de site van het laboratorium dat vergelijkbare eigenschappen van grafeen al wel op microschaal getoond waren, maar nog niet eerder op een grotere schaal.

Het grote verschil met andere methoden om grafeen te maken ligt in het opdampen op een substraat van polymeer. Veel andere methoden gebruiken kleine schilfertjes van grafeen die moeilijk gelijkmatig te verspreiden zijn in het polymeer.

Zoals bij veel andere experimenten om grafeen te kunnen produceren in grotere hoeveelheden, is de volgende vraag hoe het op te schalen, zodat het economisch rendabel wordt om het materiaal te produceren.

Reacties (25)

[Sten Vollebregt]

Helaas slaat Tweakers dit keer de plank redelijk mis met het artikel. Het grafeen wordt namelijk niet gegroeid op de polymeer laag (dat overleeft de groei temperatuur van 900-1000 C namelijk nooit), maar op Cu en vervolgens getransfereerd naar het polymeer. Dit is niet nieuw en wordt al sinds 2009 gedaan. Sterker nog, groeien op Cu op 30 cm wafers met een laag Cu is reeds aangetoond (klik en klik. Binnen de micro-elektronica cleanroom van de TU Delft doe ik dit op 10 cm wafers, aangezien dat de wafer grootte is waar wij mee werken.

Groot probleem blijft de transfer, want aan grafeen op Cu heb je vrij weinig. Het transfereren op waferschaal is nog extreem problematisch, en de grootte die de onderzoekers hier hebben kunnen transferen is met 5 bij 5 cm tamelijk groot (echter geen nieuw record, want dat is ruim 7 cm naar Si wafers met een laagje oxide).

[torp]

Dus het hele artikel heeft geen nieuwswaarde?

Uit het originele artikel: "In our case, we were able to use chemical vapor deposition to make a nanocomposite laminate that is electrically conductive with graphene loading that is 50 times less compared to current state-of-the-art samples,” Vlassiouk said. This is a key to making the material competitive on the market."

Gaat het hier bij "grote schaal" niet om productie op grote schaal, in plaats van letterlijk het genoemde oppervlak?

[Mad Mantis]

Het artikel heeft wel nieuwswaarde, maar niet om de reden waarom Tweakers het heeft gepubliceerd. De onderzoekers hebben geen nieuw record gemaakt met betrekking tot de grote. Hun ontdekking, of in ieder geval de gene waarop de paper is gepubliceerd, betreft het maken van grafeencomposieten op relatief grote schaal met behulp van enkele-laag grafeen gevormd via Chemical Vapor Deposition.

Door het gebruik van een groot vel van enkele-laag grafeen konden ze composieten maken die een hogere elektrische geleiding en betere mechanische eigenschappen hadden dan andere grafeen/polymeer composieten die gebruikt maakten van losgetrokken grafeen, grafeenoxide of gereduceerd grafeenoxide.

Alle informatie staat in het artikel. Het persartikel op de site van het laboratorium slaat de plank ook mis met betrekking tot de relevantie van het artikel, dus het is niet geheel de schuld van Tweakers.

[letatcest]

Dank, sommige dingen in het artikel op de site van het instituut leken elkaar tegen te spreken, maar de abstract was voor mij niet heel veel duidelijker.

De abstract van het artikel doet in combinatie met het nieuwsbericht van de site vermoeden dat de boel opgedampt wordt op een polymeer. Deze zin: In the current study, we show that macro (2 inch × 2 inch) graphene laminates and fibers can be produced using large continuous sheets of single-layer graphene grown by chemical vapor deposition.

Daar begrijp ik uit dat gelaagd grafeen (lijkt mij dan op het plaatje) en grafeen-fibers gemaakt kunnen worden in grote (binnen de grafeenproductie dan), doorgaande films van enkellaags grafeen, gemaakt d.m.v. CVD.

Met de opmerkingen van hier, betekent het dat ze d.m.v. CVD de grafeen-flakes op het polymeer krijgen?

En alles wat met grafeen te maken heeft, gaat over opschalen, iedereen ontdekt weer iets wat lijkt te wijzen op een proces dat...

[Mad Mantis]

De CVD methode wordt gebruikt om het enkel-laags grafeen te maken. Kort gezegd wordt koperfolie in een oven gedaan. Bij een temperatuur van iets boven de 1000 °C wordt het eerst behandeld met een beetje waterstofgas om een basis te creëren waar het koolstof op kan hechten. Vervolgens wordt het grafeen gegroeid door steeds hogere concentraties methaan in de oven te leiden.

Nadat ze het grafeen hebben laten groeien wordt er een dun laagje polymeer op het grafeen aangebracht met behulp van spin coating. Het koper wordt vervolgens weg geëtst door het geheel te behandelen met een ijzerchloride in HCl oplossing. Dit proces geeft ze een sandwich van grafeen met daarbovenop een laag polymeer.

Om het composiet te maken worden op een basislaag (grafeen op iets dikker koperfolie) de verschillende sandwiches boven op elkaar gelegd. Doormiddel van verhitten worden de verschillende lagen aan elkaar gehecht. Dit is heel kort uitgelegd hoe de onderzoekers hun composieten hebben gemaakt.

[Verwijderd]

wat is een grafeen ... soort grafiet?

[nils7]

Een soort van wondermateriaal:
http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene

[Ruw ER]

Enkellaags koolstof, dat naar huidige maatstaven debiele eigenschappen bevat. Processoren worden met een factor 100 sneller, batterijen gaan na 10 minuten laden een week mee, dat soort verhalen.

Spul is echt de toekomst, ook omdag koolstof 1 van de meest voorkomende materialen ter wereld is.

[andreetje]

Kan weg (niet goed gelezen).

[Reactie gewijzigd door andreetje op 22 juli 2024 18:57]

[Techneut]

Het antwoord daarop kan een hele uiteenzetting zijn. Maar veel gemakkelijker is even naar Google gaan, dan vind je bijna bovenaan een duidelijke uiteenzetting waar weinig aan toegevoegd hoeft te worden.

[Verwijderd]

thanks!!!

[Felix3301]

Werd blij toen ik las "productie op grote schaal". Relatief groot dus...

[Robbedem]

Eens je de stap van < 1mm² naar >10cm² (in dit geval dus al 25 cm²) hebt kunnen maken, is verdere opschaling meestal ook wel mogelijk.

[Paksoy]

Lijkt me groot genoeg voor computer chips toch?

[Rafe]

Chips worden nu gemaakt op wafers die (maximaal) 300mm diameter zijn, dan is 50mm wel een stuk kleiner. Maar het is een stap in de goede richting

[Garyu]

Het opschalen van de diameter van wafers wordt gedaan omdat het in de daarmee verbondene stappen tot voordelen leidt. Dit is niet noodzakelijkerwijs ook bij grafeenproductie nodig. Er zijn ook voordelen aan verbonden als je individuele chips kunt produceren.

Dit hoeft niet meteen op 300mm of 450mm wafers zijn, maar misschien werkt het bijvoorbeeld ook in het vierkant ipv rond zoals bij de huidige productietechnieken. Het zou het maken van custom chips natuurlijk erg veel makkelijker maken, de opstartenkosten voor productie op 450mm zijn namelijk enorm hoog! Het is dan misschien niet meteen mass-market, maar zou bijvoorbeeld al snel een mooi niche plekje kunnen innemen op het gebied tussen FPGA en ASIC, met speciale randvoorwaarden waar niet puur op prijs wordt geconcurreerd, maar andere aspecten (bijvoorbeeld power consumption / performance per watt) belangrijker zijn dan productieprijs.

[robvanwijk]

De huidige standaard voor wafers is een doorsnede van 300 mm, dus een straal van 150 mm; oppervlakte is 2 pi r² ~= 70.000 mm² = 700 cm². Een vlak van 5 cm bij 5 cm is 25 cm², dus ja, dit gaat zeker de goede kant op, maar zal nog wel verder ontwikkeld moeten worden voordat het daadwerkelijk ingezet kan gaan worden.
De overstap van 300 mm wafers naar 450 mm wafers zit al een tijd in de planning; het zou dus geen kwaad kunnen als ze erin slagen dit naar zo'n 1600 cm² op te schalen.

[B00m3rang]

Ook groot genoeg voor een wafer? Die zijn over het algemeen wat groter dan 5x5.

Het opschalen moet opsich wel kunnen lijkt me. Dan ben ik wel benieuwd hoe dit proces werkt, of dat met een electrisch "anodiserings" proces of is dat gewoon de natuurlijke aantrekkings van de atomen is wat ze in een perfecte hexagonale stuctuur laat komen. Iemand?

[Diavire]

Niet voor betaalbare, nope.

[Webdoc]

Ik denk dat we uiteindelijk zullen uitkomen op genetisch gemodificeerde bacteria (of een ander bio-trucje) die dit spul gaan maken. Het lijkt er op dat het produceren van grafeen met machines gewoon te lastig is... we zijn het al zo lang aan het proberen en het blijft ultra-duur en ultra-high end...

[B00m3rang]

Grafeen is nog geen 15 jaar oud. Daarnaast is het eigenlijk geen "materiaal" maar een stuctuur van een bepaald materiaal, namelijk koolstof. Dus dat dit lastig is kan ik wel begrijpen

Daarnaast is het machiniaal veel makkelijker to controleren, het punt is als je het biologisch wilt gaan maken dan moet je ook de beweging van die bacterien in je productieproces opnemen, en de mensen die productieprocessen ontwerpen haten random invloeden en als ier iets is wat bacterien doen is random bewegen/delen/andere dingen don. Natuurlijk kunnen we die dingen ook onder controle krijgen maar dat is dan weer xtra moeilijk. Die machiniaal lijkt me makkelijker controleerbaar.

Maar gnetisch gemanipuleerde bacterien zouden natuulrijk koolstof kunenn uitpoepen waarna dat gecollecteerd zou kunnen worden en verwerkt naar grafeen, maarja.

Only time will tell.

[Dekar]

Ik kan niet wachten totdat grafeen wordt ingezet als warmtegeleider in processorkoelers

[Woask]

Ik mis eerlijkgezegd wel wat basic achtergrond informatie.