supermaterialer bloghoved

Et 1-atom tyndt juletræ

Har du fundet et fint træ i år? Vores juletræet er kun 1 atom tykt. Det er klippet ud af et 10 meter langt stykke grafen, som er blevet løftet af en rulle kobber folie, i et såkaldt roll-2-roll system (se videoer nedenfor). Ikke nok med det, vi har også - for første gang nogensinde - målt den elektriske modstand af grafenen med terahertz pulser, samtidigt med roll-2-roll processen kørte. Inline kvalitetskontrol er nøglen til at få stabile, reproducerbare og brugbare materialeegenskaber. Det er verdenspremiere - i al ubeskedenhed megasejt!

Illustration: Jie Ji

Billederne er målinger af terahertz-absorptionen af et 14 cm højt juletræ af grafen. Farveskalaerne er bevidst valgt i jule-kulører. Absorptionen er direkte relateret til ledningsevnen: jo bedre ledende grafenen er, jo bedre absorberer den.

I tekniske termer har vi bygget et "R2R graphene transfer system with inline terahertz quality control". Hvorfor dog det? Jo der er 3 problemer med grafen:

  1. Problem 1: Prisen på grafen er for høj. Det skal produceres hurtigere og mere, for at få prisen ned. Men når man gør det, opstår det andet problem:
  2. Problem 2:Kvaliteten går ned når det går stærkt, især når man ikke kan se hvad man laver. Ligesom med trafik: hvis du kører i en bil med forruden dækket af sne, kører du nok langsomt. Når "transfer" processen skal køre stærk, er det ekstra vigtigt at alt er indstillet præcist. Så derfor kommer vi til det tredje problem: hvordan skal vi vide hvad der er præcist?
  3. Problem 3: Der mangler "inline" målemetoder til grafen. Vi har i de sidste 10 år udviklet en metode til kvalitetskontrol af grafen baseret på terahertz stråling, og endda udgivet verdens første internationale målestandard for grafen baseret på dette. "Vi" er min kollega Peter Uhd Jepsen fra DTU Fotonik der er ekspert i terahertz fysik, og mig der ved en masse om grafen.

Vi har ikke "løst" disse 3 problemer en gang for alle, men vi har taget et væsentligt skridt af banen, på vej mod målet!

Vi har nemlig ombygget en lamineringsmaskine til et roll-2-roll transfer system, der ligeså nænsomt løfter grafen-laget af den kobber rulle grafenen er dyrket på og over på plastik folie (PVA), og kombineret det med et terahertz system så vi - med det samme - kan se om det er gået godt. Om grafenen er ubrudt og har lav elektrisk modstand. Det var en "deliverable" til kæmpe EU projektet Graphene Flagship, og det kom der to videoer ud af. Den ene er kort (en slags trailer) og i den anden forsøger jeg med få ord at fortælle hvad det går ud på:

Den lidt længere video kommer her - i denne første demo, havde vi ikke så høj opløsning på terahertz systemet.

I videoen ser grafenen lidt krøllet ud, og vi kunne se på terahertz målingerne at det ikke gik så godt. Siden fik Abhay Shivayogimath (manden bag transfersystemet) indstillet de mange parametre bedre, så grafen-filmen blev helt fin. Juletræet er klippet ud af en 10 meter (!) lang rulle grafen, overført i et stykke, og derefter "scannet" med terahertz bølger af Jie Ji, og som man kan se bliver det omsider jul i det lille laboratorie! Arbejdet er lavet af Abhay Shivayogimath, Jie Ji, Nurbek Kakenov, Henning Engelbrecht Larsen med hjælp fra Simon Lange og Thorsten Bæk fra GLAZE, og Alex Jouvray fra AIXTRON (der har designet systemet der dyrker grafenen, og har leveret rullen med grafen på kobber). Og så selvfølgelig mig og den anden Peter.

Vi håber at vores juletræ også bringer lys, glæde og håb ind i de små hjem og grafen-hungrende virksomheder. Glædelig nanojul!

Illustration: Abhay Shivayogimath og Jie Ji

Juletræet i færd med at blive scannet. Her bruger vi en stationær udgave af måleudstyret, der er lidt mere langsom og præcis end scanneren på roll-2-roll systemet (der er optimeret til høj hastighed).

Peter Bøggild er professor i nanoteknologi på DTU. På bloggen Supermaterialer skriver han om stort, småt og tusind gange mindre.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten