Исследователи делают самую тонкую рождественскую елку в мире



фото Технический университет Дании


В DTU была изготовлена рождественская елка толщиной в один атом. Это показывает, как терагерцовые измерения могут быть использованы для обеспечения качества графена.


Рождественская елка на фотографиях выше имеет длину 14 сантиметров. Поскольку он сделан из графена, он состоит из атомов углерода только в одном слое и имеет толщину всего в треть нанометра. Он вырезается из 10-метрового рулона графена, переносится в одном куске с помощью восстановленной машины для ламинирования, а затем сканируется терагерцовым излучением.


Эксперимент показывает, что непрерывный контроль качества может быть осуществлен во время производства графена, который, как ожидается, будет играть значительную роль в будущей высокоскоростной электронике, т. е. медицинских инструментах и датчиках.


Графен-это так называемый двумерный материал, то есть он состоит из атомов в одном связном слое толщиной всего в один атом. Он более прочный, жесткий и лучше проводит электричество и тепло, чем любой другой известный нам материал. Поэтому графен является очевидным кандидатом на электронные схемы, которые занимают меньше места, весят меньше, являются гибкими и более эффективными, чем электроника, которую мы знаем сегодня.


"Даже если бы вы могли нарисовать карандашом рождественскую елку и снять ее с бумаги—что, образно говоря, мы и сделали,—она была бы намного толще одного атома. Бактерия, например, в 3000 раз толще слоя графена, который мы использовали. Вот почему я осмеливаюсь назвать это самой тонкой рождественской елкой в мире. И хотя отправной точкой является углерод, как и графит в карандаше, графен в то же время даже более проводящий, чем медь. "Рисунок" выполнен одним идеальным слоем в одном куске", - говорит профессор Питер Беггильд, возглавляющий команду, проводившую эксперимент с рождественской елкой.


"Но за рождественской шуткой скрывается важный прорыв. Впервые нам удалось провести встроенный контроль качества графенового слоя при его переносе. Это является ключом к получению стабильных, воспроизводимых и полезных свойств материала, что является необходимым условием для использования графена, например, в электронных схемах".



в 30 000 раз тоньше кухонной пленки

Как это сделали исследователи в данном случае, графен можно "вырастить" на медной пленке. Графен наносится на рулон медной фольги при температуре около 1000 ° C. Этот процесс хорошо известен и хорошо функционирует. Но многое может пойти не так, когда ультратонкая графеновая пленка перемещается с медного ролика туда, где она используется. Поскольку графен в 30 000 раз тоньше кухонной пленки, это сложный процесс. Исследователь Абхай Шивайогимат стоял за несколькими новыми изобретениями в процессе переноса DTU, обеспечивающими стабильный перенос слоев графена с медного рулона.

Более того, не существовало технологии, которая могла бы контролировать электрическое качество графена на ходу—во время его передачи. В этом году Питер Беггильд и его коллега профессор Питер Ухд Йепсен из DTU Fotonik, один из ведущих мировых исследователей терагерцовых частот, нашли способ сделать это.

Цветные изображения являются измерениями того, как слой графена поглощает терагерцовое излучение. Поглощение напрямую связано с электропроводностью: чем лучше проводящий графен, тем лучше он поглощается.

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




Официальный международный стандарт измерений

Предположим, что внедрение графена и других 2D-материалов должно быть ускорено. В этом случае постоянная гарантия качества является необходимым условием, говорит Питер Беггильд. Контроль качества предшествует доверию, говорит он. Технология может гарантировать, что технологии на основе графена производятся 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 "Терагерцовая визуализация графена прокладывает путь к индустриализации".

Потенциал отличный. 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 сможет получить более широкое распространение в промышленных масштабах и использоваться в электронике, мы сталкиваемся в повседневной жизни с тремя основными проблемами, которые необходимо решить.

Во-первых, цена слишком высока. Чтобы снизить цену, необходимо увеличить и ускорить производство. Но при этом вы сталкиваетесь со второй проблемой: когда вы увеличиваете скорость и не можете одновременно проверить качество, риск ошибки также резко возрастает. При высокой скорости передачи все должно быть настроено точно.Это подводит нас к третьей проблеме: как вы узнаете, что является точным?

Это требует измерений. И предпочтительно измерения во время фактического процесса переноса. Команда DTU убеждена, что лучшим выбором для этого метода является контроль качества с использованием терагерцового излучения.

Питер Беггильд подчеркивает, что эти три проблемы не были решены только с помощью нового метода: "Мы сделали очень важный шаг. Мы преобразовали машину для производства ламинатов в так называемую систему передачи рулонов 2 рулона. Он аккуратно снимает слой графена с медного рулона, на котором выращен слой графена, и перемещает его на пластиковую фольгу, не ломая, не сминая и не пачкая. Когда мы объединим это с терагерцовым система, мы можем сразу увидеть, хорошо ли прошел процесс. То есть, есть ли у нас неразрушенный графен с низким электрическим сопротивлением", - говорит Питер Беггильд.

Обсудить:

0 comments:

Всегда рады услышать ваше мнение!