Grafen, czyli warstwa zbudowana z pojedynczych atomów węgla, należy do materiałów cieszących się szczególnym zainteresowaniem naukowców, jeśli chodzi o wytwarzanie organicznych układów elektronicznych. Uczeni udoskonalają metody produkcji, aby znacząco obniżyć koszty, a jednocześnie poprawić jakość i zwiększyć powierzchnię arkuszy grafenu.
Przewodzący prąd elektryczny i ciepło, a jednocześnie przezroczysty
grafen uzyskano po raz pierwszy z grafitu w 2004 r. Sześć lat później
prace te uhonorowano Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki, a materiał ten
wydaje się mieć nieograniczone zastosowania.
UE dofinansowuje realizację projektu
GLADIATOR (Graphene layers: Production, characterization and integration), aby umożliwić wytwarzanie na skalę przemysłową tańszych, lepszych i większych arkuszy grafenu. Dzięki temu grafen stanie się ważną alternatywą dla drogiego tlenku cynowo-indowego stosowanego do wytwarzania przezroczystych elektrod, których rynek ma być warty w 2016 r. ponad 11 milionów USD.
Osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD) to prawdopodobnie najlepsza metoda wytwarzania grafenu, ale masowa produkcja wysokiej jakości niedomieszkowanego grafenu nadal nastręcza poważnych trudności. CVD jest bardzo ważną technologią. W pierwszym roku realizacji projektu zespół dokonał optymalizacji katalizatorów i zwiększył pokrycie podłoża katalizatorem. Naukowcy sprawdzili też możliwości ponownego wykorzystania drogiego katalizatora miedzianego stosowanego pięciokrotnie w procesie przenoszenia, bez wpływu na jakość grafenu. Ekologiczna technika minimalizująca wykorzystanie zasobów została już opatentowana.
Uczonym udało się także znacznie poprawić przewodność grafenu dzięki zewnętrznemu domieszkowaniu. Poprawiono także właściwości podłoża i izolacji, aby zapobiec uszkodzeniu przez wodę i wilgotność elastycznych, przezroczystych układów elektronicznych, takich jak organiczne diody LED.
Jednym z problemów w przypadku CVD jest oddzielenie grafenu od podłoża po jego uzyskaniu, szczególnie gdy ma on dużą powierzchnię. Naukowcy skrócili już średni czas rozwarstwiania dużych arkuszy o jeden rząd wielkości, a obecnie badają możliwość zdejmowania mniejszych fragmentów i łączenia ich w arkusze grafenu.
Trwa opracowywanie narzędzia CVD do monitorowania procesu, umożliwiającego ocenę właściwości optycznych i elektrycznych w linii produkcyjnej, a jego uzupełnieniem będzie technologia służąca do oceny właściwości elektrycznych po oddzieleniu od podłoża. Zespół przeprowadził testy toksyczności in vitro i aktualnie prowadzi testy in vivo, uzyskując obiecujące wyniki.
Złożone z 16 podmiotów konsorcjum GLADIATOR wytworzyło masę krytyczną, która umożliwi opracowanie technologii usprawniającej wytwarzanie grafenu. Owocem projektu jest już patent oraz szereg ważnych publikacji. Omawiane prace powinny mieć bardzo istotne znaczenie społeczno-ekonomiczne.