Z tego artykułu dowiesz się:
- Na czym polega przełom, który eliminuje największe bariery w przemysłowym wykorzystaniu nanografenu.
- W jaki sposób odkrycie może wpłynąć na rozwój energooszczędnej elektroniki dla sztucznej inteligencji.
- Jak działa nowa metoda syntezy grafenu.
Powstała pierwsza na świecie technologia bezpośredniego pokrywania powierzchni półprzewodników i izolatorów, w tym materiałów krzemowych, nanowstążkami i płatkami grafenowymi o określonych strukturach. Biorąc pod uwagę bariery, z jakimi na tym polu od lat boryka się przemysł, odkrycie stanowi ważny krok w rozwoju innowacji elektronicznych. Tym bardziej że ta opracowana przez polskich naukowców metoda jest stosunkowo prosta i efektywna kosztowo. Dzięki niej powstać mogą materiały, które znajdą zastosowanie w nowego typu tranzystorach, o większej wydajności i niższym zapotrzebowaniu na energię. W szczególności w erze sztucznej inteligencji, gdzie zapotrzebowanie na moc obliczeniową (a co za tym idzie energię) jest ogromne, takie technologie są bardzo pożądane. Odkrycie ma też potencjał w tworzeniu nowych detektorów, które pomogą w produkcji precyzyjnych urządzeń, medycynie czy farmakologii.
Przełom z polskiej uczelni
Jak tłumaczą badacze z Uniwersytetu Jagiellońskiego, obecnie układy nanografenowe syntezuje się przede wszystkim na metalach szlachetnych, by przenieść je na właściwe podłoża. Tego typu operacje są złożone, energochłonne i kosztowne. Eksperci zwracają uwagę, że w takiej technice głównym wyzwaniem pozostaje transfer uzyskanych nanostruktur grafenowych z jednego materiału na drugi. Polskie rozwiązanie zmienia w tym zakresie reguły gry. Naukowcy z UJ już mówią, że ich odkrycie może zostać uznane za rewolucyjne. Nowa metoda polega bowiem na naniesieniu prekursorów grafenu (w warunkach wysokiej próżni) bezpośrednio na powierzchnie materiałów niemetalicznych, które mają być pokryte nanografenowymi strukturami. Układ taki jest podgrzewany do 200-220° C i jednocześnie wystawiany na działanie atomowego wodoru. Ten pełni rolę selektywnego katalizatora reakcji powierzchniowych. Efekt? W wyniku reakcji prekursory przekształcają się w uporządkowane struktury nanografenowe. I to bez ryzyka powstawania czy nanoszenia zanieczyszczeń na pokrywanym podłożu. W praktyce polska metoda eliminuje skomplikowane i kosztowne etapy obecnie stosowane w przemyśle przy powlekaniu grafenem niemetalicznych materiałów.
Prosta i tania metoda na autostradzie do wdrożenia
Polski wynalazek sprawia, że nie trzeba używać metali szlachetnych ani przenosić nanopowłok czy nanostruktur grafenowych z metalu na materiał docelowy. Co więcej, pozwala syntezować nanografenowe struktury w znacznie niższych temperaturach (ok. 200° C względem stosowanych obecnie co najmniej 400° C). To sprawia, że efektywność nowej metody rośnie – procesy stają się tańsze, a wachlarz materiałów, na które można nanosić grafen, szeroki.
Czytaj więcej
Naukowcy z Uniwersytetu Illinois stworzyli niezwykły materiał magnetyczny, który zachowuje się jak grafen. Inżynierowie odkryli zaskakujące matemat...
Dr inż. Rafał Zuzak z Zakładu Fizyki Nanostruktur i Nanotechnologii UJ, współtwórca nowej metody, tłumaczy, iż do jej stosowania nie potrzeba żadnych nowatorskich czy trudnodostępnych technologii ani materiałów.
– Bazujemy na dostępnych w przemyśle prekursorach grafenu oraz urządzeniach do generowania próżni i produkcji atomowego wodoru, tzw. crackerach. W naszej opinii łatwa dostępność narzędzi i prekursorów otwiera drogę do wdrożenia tej technologii do powszechnego zastosowania w przemyśle – wyjaśnia.
Twórcy nowej metody przyznają: po raz pierwszy na świecie udało się tym sposobem wytwarzać nanografen bezpośrednio na powierzchniach izolatorów. Opracowane rozwiązanie już zostało objęte międzynarodową ochroną patentową. Teraz technologia jest na etapie intensywnych badań i dalszego rozwoju, a zespół pracuje nad zebraniem dodatkowych danych o możliwości skalowania procesu i dostosowaniem metody do potrzeb przemysłu.
Pełna kontrola na poziomie molekularnym
– Już dziś wiemy, że przy zastosowaniu tej metody możliwe jest wytwarzanie różnego rodzaju struktur nanografenowych, które istotnie różnią się między sobą charakterystyką, przez co mogą nadawać różne właściwości materiałom, na których są umieszczone – mówi dr hab. Szymon Godlewski, prof. UJ.
Jak zaznacza, rodzaj wytwarzanych struktur zależy m.in. od wyboru prekursorów grafenowych.
Czytaj więcej
Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego stworzyli nową, oszczędną technologię galwanizacji. To może być rewolucja w rozwoju organicznych ogniw sola...
– Dla przemysłu bez wątpienia ważne jest to, by nanografen miał jednorodną budowę i był wolny – podobnie jak podłoże – od zanieczyszczeń. Co ważne, opracowana przez nas metoda zapewnia spełnienie tych warunków i daje obietnicę syntezowania nanostruktur o określonych i pożądanych właściwościach, zachowując stabilność i pełną kontrolę na poziomie molekularnym – kontynuuje współtwórca nowej metody.
Eksperci już widzą duży potencjał w integracji tej technologii z tzw. elektroniką krzemową. Dr inż. Rafał Zuzak podkreśla, iż z perspektywy przemysłu dostęp do metody prostszej i wymagającej znacząco niższej temperatury otwiera drogę do projektowania na przykład nowych typów tranzystorów czy układów scalonych.
– Tym bardziej że przy jej użyciu wyeliminowane zostaje źródło wielu defektów materiałowych – dodaje.
Za transfer opracowanej technologii odpowiada Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ. Celem jest przyspieszenie badań przedwdrożeniowych.
– Ufam, że w niedalekiej przyszłości metoda ta znajdzie zastosowanie komercyjne – wskazuje dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektorka CTT CITTRU.
