Het is nog maar zes jaar geleden sinds Andre Geim voor het eerst een stukje grafeen van grafiet afschraapte. Het koolstofkristal van slechts één atoomlaag dik bleek enorm geleidend, sterk, buigzaam en transparant: ideale eigenschappen voor elektronische toepassingen als beeldschermen. Maar grootste obstakel voor een doorbraak was altijd de productie. Of beter, het gebrek daar aan. Groter dan enkele vierkante centimeters – noem het snippertjes – kon het niet gemaakt worden. Dat volstaat voor fundamenteel onderzoek, maar voor echte toepassingen moet het zeg maar van de lopende band af kunnen rollen.
Lappen
Een groep Zuid-Koreaanse en Japanse onderzoekers maakt aan die impasse nu een eind. Deze week berichten ze in het toonaangevende tijdschrift Nature Nanotechnology over een manier om grote lappen grafeen te maken. Ze bouwen voort op recent onderzoek van onder andere het team van Rodney Ruoff (Universiteit van Texas), dat vorig jaar liet zien hoe je grafeen kunt laten groeien op een laag koperfolie. Maar terwijl zij op enkele centimeters bleven steken, toveren de Aziaten rechthoekige stukken met een diagonaal van maar liefst 76 cm (30 inch) uit hun lab. De grootte van een behoorlijke televisie.
Hoe hebben ze dit precies gedaan?
Nature Nanotechnology
Met behulp van Chemical Vapor Deposition (CVD) groeiden ze een laag grafeen op een stevige onderlaag van buigzaam koperfolie. Met twee persen drukten ze hier een dun laagje plakplastic bovenop (zie plaatje). Het koperlaagje lieten ze oplossen in een zuur etsmiddel en het grafeen met plakplastic werd nu op een kunststof (bijvoorbeeld PET) onderlaag gedrukt. Vervolgens werd het plakplastic er af gepeld. Voor de stevigheid werden deze stappen vier keer herhaald zodat een vierdubbeldikke lap grafeen ontstond.
Aanraakscherm
Vergeleken met eerder grafeen-onderzoek is dit werkelijk een prestatie van formaat. De grafeenlagen waren nagenoeg transparant (97,4 procent van het licht werd doorgelaten) en bleken over een uitstekende geleiding te beschikken. En alsof dat nog niet genoeg was, demonstreerden ze ook nog even hoe je het inzet als touchscreen. In dit filmpje zie je een demo van het prototype dat ze maakten.
Alternatief
Het werkte niet alleen, grafeen bleek bovendien de transparante geleider indium-tinoxide (ITO) – een veelgebruikt materiaal voor touchscreens – op alle fronten voorbij te streven. Grafeen geleidde beter, is transparanter en kon twee keer zoveel kracht weerstaan. ITO is prijzig, vanwege het kostbare bestanddeel indium. Het goedkopere grafeen in combinatie met een oneindige levensduur (volgens de onderzoekers is dat mogelijk) lijkt daarom hét alternatief.
Maar even vervangen is makkelijker gezegd dan gedaan. Elektronicaproducenten zijn al jaren aan het experimenteren met alternatieven voor ITO, zoals bijvoorbeeld transparante laagjes van koolstofnanobuisjes. Maar dat vlot nog niet echt omdat je hierbij vaak met ‘dode pixels’ blijft zitten: kleine, zichtbare defecten. Misschien dat deze demo van grafeen de ogen van de fabrikanten opent.
Byong Hee Hong, één van de onderzoekers, blijft nog voorzichtig. “Het is nog te vroeg om aan massaproductie te denken”, zegt hij tegen de website Technology Review. De huidige industrie is volledig afgestemd op de productie van ITO, en dat verschilt nogal met hun productiemethode. “Maar als er meer behoefte komt aan buigzame elektronica, kan die situatie veranderen.” En dan hebben deze Koreanen en Japanners een ware goudmijn in handen.
Bron:
S. Bae e.a., Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes, Nature Nanotechnology, 20 juni 2010 DOI:10.1038/nnano.2010.132
Lees meer over grafeen:
Wat is grafeen, waarom is het zo bijzonder en wat kunnen we ermee? Word in één klap expert op het gebied van grafeen met ons overzichtelijke Kennislinkdossier.
De laatste artikelen over grafeen op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/grafeen/index.atom?m=en", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}