מימן, ולא פחמן, הוא המכתיב את צורתו ואת גודלו של גביש הגרפן, אומרים חוקרים באוניברסיטת ניו מקסיקו
גישה חדשה לקבלת גרפן מפחיתה במידה רבה את כמות הבעיות שהטרידו את החוקרים בתחום זה בשנים האחרונות, ומספקת נתיב לשימוש בצורתו הגבישית של גרפיט בפיתוח התקנים אלקטרוניים מתקדמים בעתיד.
ממצאיהם של חוקרים מהמעבדה הלאומית של משרד האנרגיה בארה”ב מדגימים כי מימן, ולא פחמן, הוא המכתיב את צורתו ואת גודלו של גביש הגרפן, לפי דבריו של צוות חוקרים בראשותו של Sergei Smirnov, פרופסור לכימיה באוניברסיטת ניו-מקסיקו. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי ACS Nano.
“מימן לא רק שיוזם את תחילת צמיחתו של הגרפן, אלא שהוא שולט גם בצורתו ובגודלו של הגרפן,” אומר אחד מהחוקרים. “במאמר שלנו אנו מתארים שיטה לגידול גבישי גרפן מוגדרים היטב בעלי צורות משושה מושלמים המתקדמים ליצירת מבנה של חד-גביש מושלם”.
בשנתיים האחרונות, צמיחתו של גרפן התבססה על ההתפרקות של גזים מכילי-פחמן כמתאן על גבי רדיד נחושת בטמפרטורות גבוהות, בתהליך המכונה ריבוץ כימי באמצעות אדים (CVD). מעט היה ידוע לגביי המנגנון המדויק, אולם חוקרים הבינו כי הם יצטרכו להעמיק ולהבין טוב יותר את מנגנון הצמיחה לפני שהם יצליחו לייצר שכבות גרפן באיכות גבוהה. עד היום, שכבות גרפן הכילו גבישי גרפן בעלי מבנים בלתי-סדורים ובעלי גדלים שונים, תכונות שמנעו מהן להוות חד-גבישים.
“הראנו כי, למרבה ההפתעה, לא רק המקור לפחמן והמצע עצמם הם המכתיבים את קצב הצמיחה, הצורה והגודל של הגרפן, “מסביר החוקר. “מצאנו כי מימן, אשר נחשב בעבר כבעל תפקיד סביל יחסית, הינו חיוני גם הוא לצמיחת הגרפן. הוא תורם הן לשפעול של המולקולות הספוחות שיוזמות את הצמיחה של הגרפן והן להרחקת הקשרים החלשים המצויים בקצות הגרעין ואשר שולטים באיכות הגרפן המתקבל.”
באמצעות התהליך החדש שלהם, החוקרים פיתחו שיטה לסינתזה אמינה של גרפן בקנה מידה גדול. העובדה כי השיטה שלהם מאפשרת קבלת בקרה על גודלו של הגביש וגבולותיו, מובילה לקבלת פעילות משופרת של החומר בטרנזיסטורים, מוליכים-למחצה והתקנים אלקטרוניים רבים אחרים.
ההשלכות של מחקר זה משמעותיות, לפי דברי החוקרים שציינו כי: “הממצאים שלנו חיוניים לשם פיתוח שיטה להצמחת גרפן חד-גבישי בקנה מידה גדול אשר יהווה פריצת דרך חשובה ביישומים מעשיים של גרפן עבור פיתוח התקנים מסחריים.”
