Grafen – šestiúhelníkové uspořádaní atomů uhlíku do vrstvy o tloušťce 1 atom – je známý jenom šest let. Psát o něm je ale náročné, protože v podstatě denně přibývají nové výsledky dokládající obdivuhodné vlastnosti a nepřeberné možnosti využití tohoto strukturně celkem jednoduchého materiálu. A přitom nejde o nic více než o jednu planární vrstvu grafitu, tedy tuhy. Jen vytvořit ji není tak jednoduché. Právě to dělá z grafenu stále vzácný materiál, jehož cena geometricky roste s kvalitou a velikostí celistvé plochy. Ještě před dvěma-třema lety byl asi tím nejdražším materiálem, Wikipedia dokonce k dubnu 2008 uvádí cenu neuvěřitelných 100 milionů dolarů za centimetr čtvereční. Vytvořit tak "velkou" plochu grafenu však tehdy představovalo složitý problém.
Grafenem motivovaný vývoj nových technologií ale chvátá kupředu, každému je jasné, že jde o velmi slibnou oblast. V nejnovějším vydání časopisu Nature Nanotechnology zveřejnil jihokorejský tým výzkumníků metodiku, kterou dokáže vytvořit mono- i polyvrstvu vysoce kvalitního grafenu ve tvaru obdélníku s uhlopříčkou nedávno ještě nepředstavitelných 76 cm. Vědci nevymysleli dosud neznámý postup, jen zdokonalili několik měsíců "starý". A aby prokázali perspektivnost jimi vytvořených grafenových folií, předvedli je světu v podobě zajímavého dotykového displeje.
Grafen na jihokorejský způsob:
| Na válci z křemenného skla uchycená měděná folie se uzavře do speciální komory, do které se vhání směs metanu (CH4) a vodíku (H2). Při tlaku asi 213 Pa a teplotě téměř 1 000 °C měď reaguje s párami metanu a na jejím povrchu se vysráží monovrstva grafenu. Ochlazování probíhá ve vodíkové atmosféře při tlaku asi 24 Pa. |
| Pak se pomocí válců, vyvíjejících tlak asi 0,2 MPa, spojí měděná folie pokrytá grafenem se speciální přilnavou polymerovou folií. Ta musí odolat následné lázni, ve které se měď chemicky odstraní. Takže zůstane grafen nalepený jenom na podpůrném polymeru. Z něho se dá pomocí tepla nanést na libovolný povrch. |
| Autoři výzkumu jako nosný (cílový) povrch použili PET folii(poly-ethylentereftalát). Jde o známý a již všudepřítomný trvanlivý termoplast, proto vědci opět použili tlak dvou válců a ohřev na 90 až 120 °C. Při této teplotě se grafen do povrchu PET folie vtiskne a zároveň se od něho odlepí první pomocná polymerová folie. | |
| Výsledná, grafenem potažená PET folie s uhlopříčkou 76 cm. Její průhlednost je vynikající – rozdíl mezi jednou a dvěma vrstvami je sotva viditelný – lomená čára vpravo označuje hranici mezi jedno a dvojvrstevnou folií. (Monovrstva grafenu má povrchový (vrstvový) odpor velmi nízký, okolo 125 ohmů na čtverec a optickou propustnost až 97,4 %.) Opakováním předcházejícího postupu se dá vytvořit grafenová multivrstva. Její elektrické vlastnosti se můžou upravovat pomocí kyseliny dusičné (p-doping). | |
| Pak se na folii, na stranu s vodivým grafenem, pomocí sítotisku nanášejí stříbrné elektrody. Na obrázku je šablona pro obdélníky s uhlopříčkou 8 cm. | |
| Výsledná PET-grafenová folie má optické a elektrické vlastnosti porovnatelné s používanými průhlednými elektrodami ITO (indium tin oxide), kterých základ tvoří oxidy india a cínu (váhový poměr 90 % In2O3 a 10 % SnO2) a běžně se používají v solárních článcích, v dotykových senzorech a u plochých displejů. Nový grafenový materiál je ale mnohem ohebnější a mechanicky odolnější. A zejména nevyžaduje drahé vzácné indium. Perspektiva brzké efektivní a levné velkokapacitní výroby rozmanitých grafenových vrstev se při současném tempu rozvoje „grafenových“ technologií jeví jako zcela reálná. |
A na závěr video, jež dokazuje, že tentokráte to výzkum a vývoj dotáhl do zajímavé praktické aplikace:
Poznámka: Použité obrázky a video byly převzaté z práce S. Bae, H. K. Kim et al.: 30 inch Roll-Based Production of High-Quality Graphene Films for Flexible Transparent Electrodes
Zdroje: arxiv.org, Nature Nanotechnology
Diskuze:
