9 апреля 2014

Беседка №13: про Samsung и графен

Илья Субботин

Почему прорыв Samsung в исследованиях графена является таким многообещающим для следующего поколения электронных устройств?

Компания Samsung объявила о прорыве в своих исследованиях производства графена – волшебной углеродной субстанции, которой предначертано обеспечить новый уровень эффективности и гибкости для электронных компонентов следующего поколения таких, как гнущиеся дисплеи и комплектующих для носимых гаджетов.

В рамках сотрудничества Передового Технологического Института Samsung (SAIT) и южнокорейского университета Сонгюнгван был придуман способ производства больших партий графена, использующий методы, пригодные для полномасштабного коммерческого производства. В этом плане прорыв наиболее важен, ведь основной преградой для повседневного использования графена в бытовой электронике была именно стоимость производства.

Почему это открытие важно?

По мере того, как растут наши запросы касаемо наших гаджетов – смартфонов, планшетов и особенно носимой электроники, например, умных часов – производители сталкиваются с постоянной нехваткой материалов для производства. Основным материалом для создания индивидуальных электронных компонентов ваших сенсорных устройств является кремний. По сравнению с ним, графен имеет в сто раз большую подвижность электронов. Использование графена вместо кремния обеспечит более быстрое, эффективное течение электричества по устройству без существенного нагрева последнего.

Вдобавок к преимуществу графена в плане электропроводности, его физическая структура позволяет ему быть одновременно гибким и крепким. Фактически, он может растягиваться на 20% от своей изначальной длины и имеет прочность в 300 раз больше стали. Как дополнительный бонус, он обладает высокой теплопроводностью. Для того, чтобы повредить «листок» графена толщиной в один атом, придётся заставить слона балансировать на булавочной головке.

«Это одно из самых значимых открытий за всю историю исследования графена. Мы думаем, что этот прорыв ускорит коммерциализацию графена, что в свою очередь откроет дверь в новую эпоху технологий для потребительской электроники», — заявляют в SAIT. Все эти характеристики делают графен идеальным материалом для создания гибких дисплеев следующего поколения, гнущихся устройств, более продвинутых электронных компонентов и многого другого.

Что такое графен?

Простым языком, графен представляет собой «листок» из атомов углерода толщиной в 1 атом. Толщина графена – 0.33 нм, что в 1 000 000 раз тоньше человеческого волоса, прозрачность субстанции – 97.7%, состоит из углерода, который намного дешевле редких материалов, использующихся в текущем производстве электроники.

Хоть графен идеально подходит для производства гибких дисплеев, его до сих пор использовали для создания ультра-конденсаторов, более быстрых транзисторов и процессоров, а также для создания других нанотехнологий. Мы пристально взглянули на графен в контексте гибких дисплеев, настоятельно предлагается ознакомиться с результатами.

Итак, в чем конкретно заключается «графеновый» прорыв Samsung?

Компания называет новый метод производства «выращивание монокристаллического однослойного графена на цельной пластине на многократно используемом германии».

Обычно, графен считался сложным и, как следстве, дорогим для производства. Всё это было так из-за того, что производство графена, особенно в больших смежных «листах» требовало деструктивного процесса переноса материала из среды производства к компонентам, для создания которых он используется. Еще одной большой трудностью стало реальное «выращивание» графена из индивидуального так называемого «семени» в цельный листок.

Упрощенная схема каталитического роста однослойного графена:

А) Поликристаллический графен вырастает их нескольких «семян» с различным положением.

B) Рост монокристалла из одного ядра.

C) Рост монокристалла из нескольких семян, выровненных по ориентации.

Samsung описывает новый процесс равномерного роста монокристаллического графена на единых пластинах в научных изданиях Science Magazine и ScienceExpress. В компании делают акцент на том, что графен может быть коммерчески пригодным продуктом благодаря новой технологии переноса материала без травления, что позволяет заново использовать производственную среду в дальнейшем. Предыдущие методы требовали жидкой основы для переноса графена, но, теперь допускается повторное использование германиевой подложки графена, на которой он растет, вместо её уничтожения в процессе переноса.

Что же дальше?

Такие компании как Nokia, за прошедший год вложившие $1.36 миллиарда долларов в исследования графена, а также такие учебные центры, как Университет Манчестера с грантом от британского и европейского правительства имеют на руках около 10 000 патентов касаемо производства графена.

Прорыв Samsung в производстве графена помогает преодолеть одну из главных причин, мешавших повсеместнму введрению последнего. Всё же, не указаны ни общие затраты и доход от производства, ни масштаб применения новых технологий. Что ж, будем с нетерпением ждать вывода компанией Samsung графена на наш рынок.

Samsung Fingers – первоапрельская шутка или тизер нового продукта?

Оригинальная статья, автор — Джонатан Фейст