Grafen o krok bliżej do komercyjnego zastosowania
Wysoka ruchliwość elektronów grafenu i jego przewodność cieplna w połączeniu z wytrzymałością i elastycznością stanowią obietnicę stworzenia wyświetlaczy opartych na organicznych diodach elektroluminescencyjnych (OLED) o wyjątkowych właściwościach oraz urządzeń do magazynowania energii. Jednak komercjalizację tego "cudownego materiału" najwyraźniej ogranicza szereg czynników, w tym wielkoskalowa synteza i interakcje ze środowiskiem, które degradują jego wewnętrzne właściwości. Grupa naukowców zainspirowanych potencjałem nanostrukturalnego grafenu zainicjowała finansowany przez UE projekt "Graphene for nanoscaled applications" (GRENADA). Ich wysiłki badawcze zostały ukierunkowane na dopasowanie strukturalnych, elektrycznych, optycznych i mechanicznych właściwości w skali nano. W efekcie udało się wyhodować monokryształowy grafen o dużej powierzchni i płytkowym stopniu scalenia. W przeszłości grafen udawało się syntetyzować jedynie w małych kryształach. Choć wystarczały one do testowania właściwości materiału i umożliwiały zrozumienie jego nieuchwytnych korzyści, nie pozwalały na masowe komercyjne użycie. Dzięki pracy zespołu projektu GRENADA udało się stworzyć przełomową metodę syntezy do produkcji grafenu. Większość tradycyjnych metod syntezowania wymaga bardzo wysokich temperatur. Zespół projektu GRENADA zademonstrował wzrost grafenu w niższych temperaturach, zgodnie z przemysłowymi warunkami wytwarzania. Potwierdzono możliwość wzrostu grafenu na błonach metalowych wielkości do 200 mm w temperaturach nieprzekraczających 600 stopni Celsjusza. Ponadto zademonstrowano kontrolowany wzrost na nanostrukturalnych substratach, a także syntezę rozproszonego tlenku grafenu w roztworze wodnym. Zespół projektu skoncentrował się nie tylko na syntezie generycznej, ale także na preparowaniu materiałów do OLED, superkondensatorów i akumulatorów. Udało się zsyntetyzować cienkie warstwy grafenu o niskiej rezystywności, bo rzędu 135 omów na kwadrat, i przezroczystości optycznej dobrze dopasowanej do zastosowania w wyświetlaczach. Zespół wyprodukował funkcjonalne akumulatorowe ogniwa testowe o obniżonym tlenku grafenu oraz dokonał walidacji superkondensatorowych pojazdów testowych wykazujących się wydajnością odpowiadającą pojazdom komercyjnym. Oczekuje się, że technologia opracowana w projekcie GRENADA przyspieszy komercjalizację grafenu, co może otworzyć drzwi do epoki nowych urządzeń konsumenckich. Będzie ona miała ważny wpływ na elektronikę konsumencką, oświetlenie, urządzenia do magazynowania energii, a nawet elastyczne ogniwa słoneczne. Ponadto niezależność od kurczących się zasobów mineralnych pozwoli chronić je i środowisko naturalne.
Słowa kluczowe
Grafen, węgiel, komponenty elektroniczne, magazynowanie energii, zastosowania w skali nano