17 feb. 1999
2 minuten
De Delftse promovendus Shou-En Zhu ontwikkelde een methode waarmee grafeen van hoge kwaliteit kan worden geproduceerd voor een fractie van de huidige prijs. Bovendien demonstreerde hij die kwaliteit in werkende componenten.
Nadat in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde was toegekend aan de ontdekkers André Geim en Konstantin Novoselov, waren de verwachtingen over grafeen hooggespannen. De eigenschappen van deze dunne laag koolstofatomen: uitzonderlijk sterk, transparant, elektrisch en thermisch geleidend en chemisch inert. Talloze potentiële toepassingen zijn al voorgesteld, waaronder schermen voor smartphones, zonnecellen, membranen voor brandstofcellen, componenten voor medicijntoediening en zelfs condooms.
Maar de kloof tussen het aantal hoopvolle wetenschappelijke publicaties en veelbelovende publicaties en de daadwerkelijke productie van grote stukken kwalitatief goed grafeen, is uitgegroeid tot een vallei. De ‘trog van desillusie’ volgde op de ‘piek van opgeblazen verwachtingen’.
Kloof
"Hoewel er enorme inspanningen zijn gewijd aan grafeen, is er nog een enorme kloof tussen de academische wereld en de industrie’, constateert Zhu.
Geim and Novoselov produceerden hun grafeen met potloodlijnen en plakband. Door herhaaldelijk nieuwe stukjes tape te plakken op een potloodlijn en ze dan weer los te halen, wordt de koolstoflaag dunner en dunner en blijft uiteindelijk een enkele laag koolstofatomen – grafeen – over. Het lijkt een innemend eenvoudige manier om een Nobelprijs te winnen, maar als productiemethode is het niet erg efficiënt. En hoewel er al tientallen andere methoden bestaan, is afpellen nog steeds de manier om grafeen met de minste defecten en de hoogste elektronenmobiliteit te verkrijgen. Maar de kosten zijn enorm: een schilfer ter grootte van een haar die op deze manier is gemaakt, kost meer € 1000, waarmee grafeen een van de duurste materialen op aarde is.
Synthetishc grafeen
Toch zijn volgens Zhu alle benodigdheden voor de productie van grafeen in de meeste keukens aanwezig: aardgas en koper. Bovendien heeft hij millimetergrote grafeenkristallen gedemonstreerd die gemaakt zijn met chemische dampdepositie van methaan op een plaat koper. Hij leidt onder lage druk een mix van waterstof, methaan en argon over een koperen plaat bij een temperatuur van 1000 graden Celsius. Het koper werkt als katalysator bij het strippen van het waterstof van het methaan, zodat pure koolstof overblijft, die blijft plakken op het oppervlak en perfect uitlijnt met andere koolstofatomen tot een eindeloos vel puur grafeen.
Anderen hebben voor de productie van grafeen via depositie zo’n tien uur nodig. Zhu bracht dat terug tot een uur, door het scheiden van de kwartsbuis waarin de depositie plaatsvindt van de oven die er omheen zit. Na depositie schuift hij simpelweg de oven opzij, om het afkoelen te versnellen.
"We denken dat hiermee de kostprijs van grafeen binnen een paar jaar met een factor duizend kan dalen", zegt Zhu.
Zhu, won in 2011 d Young Wild Idea Prize, en profileert zich sterk als Mr. Graphene. Hij verdedigt zijn proefschrift op 3 maart 2015.
Shou-En Zhu, Chemical vapour deposition of graphene, a route to device integration, PhD supervisor Prof. Guido Janssen, section of micro & nano engineering at 3mE Faculty.
(bron: Delta Magazine)
Anderen lazen ook
