В MIT разработали технологию конвейерного производства графена с низким уровнем брака

Чудесный материал графен легко и недорого изготавливать, но использовать его в продукции очень сложно. Толщина листа графена меньше нанометра. При отделении от маточной подложки лист графена рвётся, сминается или повреждается иным способом. Исследователи из MIT нашли возможность избежать повреждения графеновых листов большой площади при производстве. В итоге это может привести к появлению сверхлёгких солнечных элементов или дисплеев.

Новый производственный процесс, который был разработан в Массачусетском технологическом институте и обещает оказаться относительно легко масштабируемым для промышленного производства, включает создание промежуточного «буферного» слоя материала. Этот буферный слой стал тем ключом к успеху, который может помочь в коммерциализации разработки.

Традиционно графен создаётся в процессе вакуумного осаждения из паровой фазы (CVD). Материал осаждается на медную подложку, с которой его потом необходимо поднять. Чтобы снять тончайший слой графена с медной основы, учёные предложили укрепить его буферным слоем из такого полимера, как парилен. Атомная структура парилена во многом похожа на атомную структуру графена и один материал настолько хорошо ложится на другой, что происходит в некотором роде легирование графена париленом.

Опыты показали, что парилен эффективно укрепляет графен, и это исключает разрывы и деформацию больших графеновых листов при снятии с медной подложки. Более того, предложенный техпроцесс и опытная установка доказали, что процесс ламинирования графена на подложке и последующие операции по деламинизации и отделению графена от медной основы можно проводить конвейерным способом при обработке графена в рулонах, а это значительно ускоряет производство материала.

Опытная установка MIT для рулонного производства графена

Теперь о том, что это даёт. Вероятно, вы слышали, что сегодня для изготовления прозрачных электродов в дисплеях, солнечных панелях и светоизлучающих приборах используется соединение из оксида индия и олова (ITO). Прозрачные и укреплённые париленом графеновые электроды могут заменить ITO-электроды. Это даст экономию по весу и материалу (стоимости) и покажет эффект в плане лучшего соотношения вырабатываемой энергии к весу элемента.

Так, созданный в MIT прототип солнечного элемента с прозрачными электродами из графена и парилена показал прозрачность слоя около 90 % для видимого света, а также 36-кратное улучшение соотношения вырабатываемой энергии к весу элемента (а это сверхлёгкие солнечные панели) при использовании 1/200 материала от обычно требуемого для выпуска панелей объема.