Supertunna material med bred tillämpning

Presentation
Sergey Kubatkin, professor och Samuel Lara Avila, docent på Chalmers.
Sergey Kubatkin, professor och Samuel Lara Avila, docent på Chalmers.

Grafen har unika egenskaper, men också vissa nackdelar. På Chalmers utvecklas helt nya, förbättrade material inspirerade av grafen och vissa har redan fått praktisk tillämpning.

Grafen, vars utforskande belönades med nobelpriset 2010, är ett tvådimensionellt material som består av ett enda lager av kolatomer. Det är det tunnaste material som vi känner till och har potential att revolutionera materialvetenskapen. Hittills har emellertid en bredare tillämpning hämmats av vissa begränsningar hos traditionell grafen. Bland annat saknar det bandgap, som är nödvändigt för elektronik, och det bryts sönder snabbt då det utsätts för vissa gaser, vilket gör det olämpligt för kemiska sensorer.
Sergey Kubatkin, professor på institutionen för kvantfysik på Chalmers, tacklar tillsammans med sitt team dessa utmaningar och skapar omedelbara applikationer för nya, tvådimensionella material, som inspirerats av grafen.

Enkristall
Inom ramen för ett forskningsprojekt som finansieras av Stiftelsen för Strategisk Forskning, utvecklar de nya grafenliknande material baserade på högren enkristall av halvledarmaterialet kiselkarbid (SiC). I gruppen ingår toppforskare från Chalmers och universiteten i Linköping, Uppsala och Lund. Det finns även ett nära samarbete med MAX IV-laboratoriet i Lund.
–Vi testar en rad olika enkristaller, som vi växer kontrollerat och i stor skala på kiselkarbid. Hittills har vi framgångsrikt kunnat samla ihop organiska molekyler på grafen och sedan förändra vissa egenskaper hos det tvådimensionella materialet. På så sätt kan vi också skapa nya tvådimensionella material som inte har grafenets nackdelar, berättar Sergey Kubatkin.

Elektronisk kilo
En tillämpning är inom kvantmetrologi, eller mätteknik. Där kan tvådimensionella material användas för att förenkla och förfina kalibreringsprocessen och exempelvis har enheten kilogram nu fått en elektronisk definition.
–Ytterligare applikationer är inom astronomi, för att räkna individuella fotoner (kvantum av elektromagnetisk strålning), samt i kemiska sensorer, som bland annat används för att mäta luftkvalitet, berättar Samuel Lara Avila, docent på Chalmers.
Projektet, som spänner över totalt fyra år, har nått halvvägs. Det har hittills resulterat i flera patent och det finns ett intresse hos flera kommersiella aktörer för teknologin.

Chalmers – bättre grafen
Det SSF-finansierade projektet ”Nya tvådimensionella system från utveckling tillväxt till tillämpningar” syftar till att utveckla nya grafenliknande material med tillämpning inom bland annat produktionsteknologi, sensorer, katalys och nanoteknik. Forskningen leds av professor Sergey Kubatkin, Chalmers. Övriga forskare är: Samuel Lara Avila, Chalmers – device fabrication and electronic characterisation. Rositsa Yakimova, Linköping University – material growth, Jens Eriksson, Linköping University – sensors, Alexei Zakharov, MAX IV, Lund – material characterisation, Karin Larsson, Uppsala University – first principle calculations, Magnus Skoglund, Chalmers – understanding of catalysis with two-dimensional materials.

www.chalmers.se
www.stratresearch.se


Publicerad: 25 juni, 2019