Technologie výroby grafenu a 2D materiály

Technologie výroby

Grafen se dnes vyrábí především chemickou depozicí par (nyní uhlík vzniká z plynné fáze a ukládá se na substrátu), ne pro všechny aplikace je však tato metoda vhodná. Navíc známe i celou řadu dalších 2D materiálů, kde tento typ výroby nelze realizovat vůbec – nejen v průmyslovém, ale ani v laboratorním měřítku.

Na MITu přišli s novou technologií výroby, respektive spíše přípravy. Budoucí 2D materiály nechali vyrůstat na safírovém čipu a pak je odlepovali pomocí niklového filmu. Nejprve se oddělí příslušný materiál od safíru a z něj pak lze niklem dále loupat jednotlivé vrstvy (trochu podobně byl úplně poprvé připraven i grafen – z obyčejného grafitu a pomocí neméně obyčejné lepicí pásky).

Technika se již podařilo úspěšně využít pro hexagonální nitrid boru, sulfid molybdenu a sulfid wolframu.

Telluren a borofen

2D materiálů se rozšířil o telluren. Výzkumníci z Rice University uvádějí, že méně než 1 nm tlustou vrstvu tellurenu lze získat celkem jednoduše při tavení práškového prvku (původním cílem bylo připravit polovodič tellurid wolframu, jenže wolfram se při podmínkách experimentu neroztavil a nezreagoval); podle všeho obsahovala pouze 3 monoatomární vrstvy telluru nad sebou.

Další zkoumání tellurenu vedlo k závěru, že materiál by měl svým uspořádáním víceméně připomínat grafen, když základní jednotku vrstvy představuje šestiúhelník. Co se týče elektrických vlastností, jde o polovodič. Mohou ale zřejmě existovat i jiné struktury 2D telluru s odlišnými vlastnostmi, eventuálně i kombinace více typů uspořádání. Výzkumníci uvádějí, že telluren by se mohl uplatnit v solárních článcích, snad by pak mohly sbírat i energii z blízké infračervené oblasti a v dalších optoelektronických či termoelektrických aplikacích, ba prý i ve spintronice. Oproti grafenu je telluren relativně těžký, ale má mnohem vyšší teplotu tání.

Na Rice University a Northwestern University) se detailně zaměřili na strukturu borofenu. Borofen, tedy 2D varianta bóru, má obvykle mřížku složenou z trojúhelníků; respektive jde o šestiúhelník s jedním atomem uprostřed. Ten tam ovšem není vždy. Vědci nyní dokázali zahříváním na stříbrném substrátu připravit verze borofenu, kde se „díry v šestiúhelníku“ objevují ne náhodně jako kaz, ale pravidelně. Zajímavé je, že když už jednou vznikne takové uspořádání, má tendenci se zachovávat a vrstva borofenu roste uspořádaně.

Více forem borofenu, necháme-li je růst proti sobě, vytváří pak na rozhraní velmi exotické geometrie, stále ovšem pravidelné a materiál zůstává dobře vodivý/chová se jako kov (naopak grafen při kontaktu s jinou formou uhlíku vytváří chaos a oblasti s vlastnostmi izolantu, kde se elektrony zachycují). Jednotlivé formy borofenu se svými vlastnostmi mírně liší, když k tomu připočítáme jejich „průniky“, jsou možnosti detailního ladění na míru téměř nekonečné. Autoři výzkumu jako možné využití borofenu prozatím uvedli elektrody baterií a ohebné displeje, zmínili rovněž supravovivost a z aplikací jiného druhu skladování vodíku.