A grafén, amelyhez már a felfedezésekor nagy reményeket fűztek, a laboratóriumokban már beváltotta ígéretét. Az uniós támogatással dolgozó kutatók most azon dolgoznak, hogy elősegítsék a grafén szélesebb körű alkalmazását és megismertetését a társadalommal, ahogyan ezt a Horizonban, az EU kutatási és innovációs magazinjában olvashattuk.
A grafén a technológia számos területének alapvető átalakítására képes, sokáig a század csodaanyagának nevezték a mindössze egyetlen szénatomból álló (kétdimenziós) réteget alkotó rendkívül vékony anyagot.
A rendkívül erős, könnyű és rugalmas anyag jól vezeti a hőt és az elektromosságot is. Ezáltal a termékek széles skáláján alkalmazható, a következő generációs akkumulátoroktól kezdve a fejlett repüléstechnikai és űrtechnikai alkalmazásokig.
Prototípustól a tömeggyártásig
A kutatócsoport a 2D kísérleti kísérleti vonal (2D-EPL) nevű projekt keretében hat európai ország 11 egyetemének, kutatóintézetének és vállalatának szakértelmét egyesíti.
Céljuk a grafén előállításának és prototípusokba való integrálásának előmozdítása a csúcskategóriás elektronikában, fotonikában és érzékelőkben való felhasználás érdekében. Ennek céljából az Imec-ben, a világ egyik vezető nanoelektronikai kutatóintézetében, a belgiumi Leuvenben létrehozták a grafén és más 2D-s anyagok prototípusgyártó létesítményét.
Az EU már korán felismerte a grafénban és más 2D-s anyagokban rejlő gazdasági potenciált, ezért még 2013-ban elindította a tízéves Graphene Flagship kezdeményezést, amely 178 tudományos és ipari partnert fogott össze 1 milliárd eurós költségvetéssel, hogy fellendítse a kutatást ezen a területen. A 2D-EPL ennek a széles körű kezdeményezésnek a része.
A munka első fázisában azt szerették volna elérni, hogyan lehet graféneszközöket gyártani ostyaméretben a meglévő eljárások módosításával, hogy azok automatizált gyártási létesítményekben is kezelhetők legyenek. Az ostyák vékony, kerek anyagszeleteket jelentenek, amelyeket elektronikai és más iparágakban használnak.
Az igazán nagy mérföldkő annak a rég várt elérése lenne, hogy a grafént rutinszerűen be lehessen építeni a csúcstechnológiás eszközökbe.
Elég egy porszem…
Az egyik nehézség, hogy a grafént és más 2D-s anyagokat vékonyságuk miatt roppant bonyolult hibátlan minőségben gyártani. Elég egy porszem, vagy akár néhány nem kívánt molekula, hogy hibát okozzon a grafénben.
A gyártási folyamat során a grafént egy vékony polimerréteggel kell védeni, majd szilícium alapra kell helyezni. Ezeket a vékony rétegeket rendkívül óvatosan kell kezelni.
Nagy kihívást jelentett annak elérése, hogyan lehet ezt egy automatizált folyamatban megvalósítani. Ehhez a gyártásra szolgáló helyiségnek és a szerszámoknak egyaránt automatikusan vezéreltnek és tisztának kell lenniük, hogy megakadályozzák bármilyen szennyező részecskék rákerülését az eszközre.
Az Imec speciális gyártóüzemében egy komplett szerelősort állítottak fel a 200 vagy 300 mm átmérőjű grafénnel ellátott ostyák feldolgozására, amely a szilíciumgyártó létesítményekben használt és ezért az iparban megszokott szabványméret.
Más kutatási partnerek szerszámokat, gépeket és tudást adtak hozzá, hogy segítsenek „kifőzni” a nagyüzemi gyártásra alkalmas tökéletes grafénreceptet.
Európa még az élen
Szerencsére Európa még ma is világszerte vezető szerepet tölt be a grafénkutatásban és az egyéb 2D-s anyagokban rejlő lehetőségek feltárásában.
A kutatók és az ipari szakemberek körében a 2D anyagok körüli izgalom nem csak a grafénre összpontosul.
A kutatók más szupervékony anyagok iránt is érdeklődnek, amelyek – a szilíciumhoz hasonlóan – félvezetőként működhetnek, és a fejlett technológiák gyártásában is felhasználhatók.
Az ezekben az anyagokban rejlő lehetőségek az ipar számos területéről felkeltették az érdeklődést. Bár a legfejlettebb elektronika tömeggyártásában még nem vesz részt, a grafén és más 2D anyagok előbb-utóbb biztosan részei lesznek a jobb, szupergyors tranzisztoroknak, vagy élesebb érzékelőkkel rendelkező eszközöknek. Ez pedig azt jelentheti, hogy az adatközpontok kevesebb energiát igényelnek majd, vagy az internet gyorsabb lesz, vagy egy speciális érzékelő vagy orvosi eszköz csatlakozhat a telefonunkhoz.
