Наноинженеры лаборатории Джонатана Клауссена в университете штата Айова (Jonathan Claussen’s lab at Iowa State University of Science and Technology) разрабатывают технологию, которая даст возможность использовать графен и его удивительные свойства в электронных устройствах.
У графена репутация чудо-материала: когда углерод образует гексагональную двумерную кристаллическую решётку («двумерный кристалл»), он приобретает особые свойства — высокую тепло- и электропроводимость, прочность и химическую стабильность. Считается, что графен в будущем заменит кремний в интегральных микросхемах и станет основой наноэлектроники.
В настоящее время идёт работа над проектами, в которых используются струйные принтеры для печати многослойных графеновых микросхем и электродов, пригодных для использования в гибкой, лёгкой и недорогой электронике.
«Можем ли мы производить графен в масштабах, достаточно крупных для создания датчиков глюкозы?» — спрашивает Суприм Дас (Suprem Das) из университета науки и техники штата Айова (Iowa State University of Science and Technology). Вопрос непростой, так как существующая технология имеет ограничения. После печати графен надо «лечить», чтобы улучшить электрическую проводимость и производительность устройства. Это обычно означает воздействие высоких температур или химических веществ — не все основы могут его выдержать, а хотелось бы использовать что-то гибкое и дешёвое, пластик или бумагу.
Суприм Дас и профессор Джонатан Клауссен стали искать новый подход к обработке графена. Их идея — использовать для этого лазер.
И это сработало: обработка лазером импульсного действия многослойных графеновых электрических цепей и электродов, напечатанных с помощью струйного принтера, улучшает электропроводность схемы, не повреждая бумагу, полимеры или любые другие материалы для печати.
«Это создаёт путь для коммерциализации технологии и расширения производства графена», — замечает Клауссен.
Статья о новой технологии опубликована в журнале Nanoscale. Научный Фонд университета штата Айова подал заявку на патент.
По словам профессора Клауссена, разработка его лаборатории — технологический прорыв, который позволит создать множество новых полезных устройств. Это могут носимые биодатчики, системы хранения энергии, части электронных схем и даже «бумажная электроника».
Основа технологии — контролируемый компьютером лазер, который избирательно облучает оксид графена, нанесённый на основу методом струйной печати. Лазер выжигает связывающее вещество графеновых «чернил» и устраняет оксидированность графена, как бы сшивая миллионы крошечных чешуек графена. Процесс улучшает электропроводность более чем в тысячу раз.
Лазерной обработка также приводит к изменению формы и структуры нанесённого графена. Сообщается, что возникают структуры, похожие на крошечные лепестки, растущие на поверхности. Грубая и рельефная структура повышает электрохимическую реакционную способность графена, что делает его полезным для применения в химических и биологических сенсорах.
