Zastąpi krzem?

Elastyczny komputer

Szybciej niż procesory zobaczymy zapewne wyświetlacze grafenowe. Cienki, przezroczysty i dobrze przewodzący materiał idealnie się nadaje do tworzenia warstw dotykowych w smartfonach. Poza tym można go użyć do tworzenia elementów przewodzących w diodach, ekranach LCD czy ogniwach słonecznych. Grafen pozwoli też tworzyć giętkie elementy.

– Wyobraźmy sobie komputer zintegrowany z wyświetlaczem, w formie opaski zakładanej na rękę – przewiduje dr inż. Włodzimierz Strupiński. – Jeśli zamiast ze sztywnego metalu warstwę przewodzącą zrobimy z grafenu, komponenty elektroniczne można będzie osadzać na podłożu z giętkich polimerów. Podejmowane są też próby stworzenia atramentu grafenowego, który pozwoli na drukowanie warstwy przewodzącej nawet na zwykłym papierze.

Naukowcy nie ustają w wymyślaniu zastosowań dla grafenu. Mówi się o sensorach, które pozwolą wykryć nawet pojedyncze cząstki szkodliwych substancji, dokładnych akcelerometrach do smartfonów czy elastycznych bateriach słonecznych. Powstała też koncepcja pamięci grafenowych, które będą działały na zasadzie mechanicznej. Prąd będzie potrzebny tylko do zmiany stanu komórek pamięci, więc będzie można przechowywać w nich informacje tak jak w pamięci flash, tyle że będą od niej o kilka rzędów wielkości pojemniejsze, przy takich samych rozmiarach układu scalonego.

Skąd go brać?

To wszystko stanie się możliwe, gdy tylko uda się stworzyć tanią metodę pozyskiwania grafenu. Do niedawna substancja była uważana za najdroższy materiał na Ziemi. Opracowana w 2008 roku pierwsza metoda produkcji przez mechaniczne oddzielanie warstw grafenu z kryształu grafitu, pozwalała na uzyskiwanie płatków wielkości ludzkiego włosa kosztem 1000 dol. Grafen o powierzchni 1 cm2 uzyskany tą metodą kosztował 100 mln dolarów. Od tego czasu udało się radykalnie obniżyć ten koszt i obecnie wiórki grafenu, np. do zastosowania w kompozytach, można kupować już na tony.

Wyzwaniem pozostaje produkcja dużych powierzchni czystego grafenu do zastosowań elektronicznych. Koreańscy naukowcy, wspierani przez tamtejszych potentatów przemysłu, opracowali metodę napylania warstwy grafenu na podłoże z węglika krzemu, które następnie usuwano przez rozpuszczenie, co pozostawiało warstwę pożądanego materiału. Niedawno udało się w ten sposób uzyskać powierzchnie grafenu o średnicy 30 cali, które nadają się np. do produkcji wyświetlaczy. Jednak czystość tego surowca pozostawia sporo do życzenia, ma za wiele skaz, by można go było użyć do produkcji układów scalonych.

Grafen made in Poland

Przełom przyszedł w marcu tego roku, gdy zespół polskich naukowców z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych wraz z fizykami z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego zaprezentował metodę nanoszenia grafenu na standardową płytkę podłożową SiC, stosowaną w przemyśle elektronicznym. Wcześniej, w maju 2010 r., wynalazek został zgłoszony do opatentowania.

– Robimy to nie za pomocą specjalnie skonstruowanego urządzenia laboratoryjnego, ale za pomocą urządzenia produkcyjnego do wytwarzania struktur epitaksjalnych, czyli warstw kryształów, używanego standardowo w przemyśle elektronicznym – dodaje Włodzimierz Strupiński. W ten sposób powstają powierzchnie grafenu o wysokiej jakości, o średnicy 2–4 cali, które idealnie się nadają do tworzenia tranzystorów czy diod.

– Jestem przekonany, że dzięki naszej metodzie za kilka lat będzie można korzystać z konkretnych urządzeń z grafenem, a za 10 lat będzie tak powszechnie stosowany, jak dzisiaj krzem – podsumowuje Włodzimierz Strupiński.

Zastosowania grafenu