Page 29

DYNAMO_46

DYNAMO 46 09 16 DTU 29 SÅDAN KAN MAN BYGGE MATERIALER I 2D DTU Nanotech har udviklet en metode, hvor atomtynde 2D-materialer nanolamineres lag for lag uden at gå i stykker. Her er opskriften på, hvordan grafen kombineres med et isolerende lag af 2D-materialet bornitrid, der beskytter grafen mod ydre påvirkninger og gør grafen-elektronik langt hurtigere. 1 Pick-up: Glaspladen med polymergriberen bringes i kontakt med en flage af bornitrid, der ligger på overfladen af prøveholderen. PPC-polymeren skifter fra solid til klistret, når man går fra 30 til 55 grader. Glasplade PDMS PPC Aluminium PPC a 55º Grafén Grafén b BYGGE MED ATOMER 110º PDMS: Polydimethylsiloxane PPC: Polypropylen-karbonat 170º 40º Bornitrid Bornitrid 2 Køling: Ved nedkøling til 40 grader eller derunder bliver polymeren solid igen, og bornitrid kan nu samles op. Peter Bøggild og hans forskergruppe har nemlig udviklet en ny metode til at lægge atomtynde 2D-materialer lagvis uden at beskadige lagene. ”Man kan sammenligne det lidt med et laminatgulv. De forskellige komponenter – folier og forskellige trælag – giver tilsammen høj brudstyrke, let vedligeholdelse, isolering af varme og stor fleksibilitet, men det fremstår som et enkelt produkt. Det er det samme, vi nu kan gøre på atomart niveau,” fortæller Peter Bøggild. Når man laminerer de atomtynde lag, kan man skræddersy de elektriske, optiske og mekaniske egenskaber på en ny måde. Det har imidlertid været en udfordring at lægge de todimensionale lag oven på hinanden, uden at der kom forurening som f.eks. utilsigtede partikler, bobler og molekyler ind imellem lagene, da det let kan ødelægge egenskaberne. ”Så vi satte os for at finde en løsning,” siger Peter Bøggild. ”To af vores ph.d.-studerende besøgte den førende gruppe ved Columbia Universitet i New York for at lære, hvordan gruppens nyudviklede metode til at opbygge atomlag fungerede. Under opholdet havde vores ph.d.er ikke bare lært metoden, men også tilført en række afgørende forbedringer, noget, som vi under ét kalder ’hot pickup’,” siger han. Temperaturen er afgørende Metoden består i en nøjagtig styring af temperaturen til at variere tiltrækningskræfterne mellem ’hånden’, der opsamler og placerer atomlagene, samt i opvarmning under ’lamineringen’ for at bortskaffe urenheder mellem lagene. Den forbedrede kontrol betyder, at man kan opbygge tredimensionale arkitekturer, hvor atomlagene er forbundne ikke bare horisontalt, men også vertikalt. En anden fordel er, at metoden er relativt nem at mestre og giver forudsigelige resultater. Peter Bøggild forventer derfor, at flere forskningsgrupper kan komme i gang med at opbygge komplekse strukturer af atomlag på højt niveau. ”Der er allerede produceret solceller, sensorer og lysdioder med de todimensionale  supermaterialer, men det er blot begyndelsen. Med de næsten uendelig mange materialekombinationer, vi kan lave ved opbygning af strukturer med individuelle atomlag, er vi i en situation, hvor det måske først og fremmest er vores forestillingsevne, der begrænser os. Vi taler om 2.500 forskellige stoffer, der har det tilfælles, at de nu kan kombineres frit uden begrænsninger på atomart niveau. Set i et materialeforskningsperspektiv er det en begivenhed, der vil få vidtrækkende konsekvenser,” slutter Peter Bøggild. Peter Bøggild, professor, DTU Nanotech, peter.boggild@nanotech.dtu.dk 3 Drop-down: Bornitriden kan nu sænkes ned over et grafen-lag ved en temperatur på 110 grader. Vand fordamper fra overfladen, mens urenheder og snavs klemmes ud. (a). Derefter trækkes polymergriberen forsigtigt af igen og efterlader det lagdelte materiale på overfladen. (b) 4 Bagning: Ved at opvarme stakken af atomtynde film til mellem 130 og 170 grader skabes en god binding mellem lagene, så de opfører sig som en enhed.


DYNAMO_46
To see the actual publication please follow the link above