Polscy naukowcy opracowali nową metodę produkcji nanografenu. Przełom dla elektroniki i AI

Badacze z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali metodę bezpośredniego wytwarzania nanografenu na materiałach niemetalicznych, w tym półprzewodnikach i podłożach krzemowych. Technologia eliminuje konieczność stosowania metali szlachetnych i kosztownego transferu grafenu, co może otworzyć drogę do tańszej produkcji nowej generacji układów elektronicznych, czujników oraz komponentów wykorzystywanych w systemach AI.

To istotna zmiana względem obecnie stosowanych metod, w których grafen wytwarza się najpierw na metalach szlachetnych, a dopiero później przenosi na docelowe podłoże. Opracowane przez naukowców z UJ rozwiązanie pozwala pominąć ten etap, eliminując jedno z największych wyzwań związanych z wykorzystaniem grafenu w elektronice – skomplikowany, kosztowny i obarczony ryzykiem powstawania defektów proces transferu materiału.

„Do korzystania z tej metody nie potrzeba żadnych nowatorskich czy trudnodostępnych technologii ani materiałów. Bazujemy na dostępnych w przemyśle prekursorach grafenu oraz urządzeniach do generowania próżni i produkcji atomowego wodoru – tak zwanych crackerach. W naszej opinii łatwa dostępność narzędzi i prekursorów otwiera drogę do wdrożenia tej technologii do powszechnego zastosowania w przemyśle”  – podkreśla dr inż. Rafał Zuzak z Zakładu Fizyki Nanostruktur i Nanotechnologii UJ.

Tańszy proces i niższa temperatura

Opracowana metoda polega na nanoszeniu prekursorów grafenu bezpośrednio na powierzchnię materiału, a następnie poddawaniu ich działaniu atomowego wodoru w temperaturze około 200-220°C. Dzięki temu powstają uporządkowane struktury nanografenowe bez ryzyka zanieczyszczenia podłoża.

W porównaniu z obecnie stosowanymi rozwiązaniami proces przebiega w znacznie niższej temperaturze niż typowe technologie grafenowe, które często wymagają ponad 400°C. Niższe wymagania energetyczne oznaczają też mniejsze koszty produkcji i możliwość wykorzystania szerszej gamy materiałów. Co istotne, naukowcy deklarują, że po raz pierwszy udało się w ten sposób wytwarzać nanografen bezpośrednio na powierzchniach izolatorów.

Szansa dla elektroniki nowej generacji

Nanografen jest uznawany za jeden z najbardziej obiecujących materiałów przyszłości. W zależności od swojej struktury może posiadać różne właściwości elektryczne, optyczne i chemiczne, co pozwala dostosowywać go do konkretnych zastosowań. Zdaniem badaczy, nowa metoda może znaleźć zastosowanie m.in. w produkcji bardziej wydajnych tranzystorów, układów scalonych, elementów fotonicznych czy zaawansowanych sensorów.

„Z perspektywy przemysłu dostęp do metody prostszej i wymagającej znacząco niższej temperatury otwiera drogę do projektowania na przykład nowych typów tranzystorów czy układów scalonych. Tym bardziej, że przy jej użyciu wyeliminowane zostaje źródło wielu defektów materiałowych” – wskazuje dr inż. Rafał Zuzak.

Znaczenie takich rozwiązań może rosnąć wraz z rozwojem sztucznej inteligencji. Nowoczesne systemy AI wymagają coraz większej mocy obliczeniowej, a tym samym bardziej energooszczędnych komponentów elektronicznych.

Potencjalne zastosowania nanografenu wykraczają jednak daleko poza klasyczną elektronikę. Materiał może być wykorzystywany również do budowy elementów emitujących lub absorbujących światło o określonych długościach fal, a także jako podstawa bardzo czułych detektorów chemicznych i biologicznych. Takie czujniki mogłyby znaleźć zastosowanie zarówno w przemyśle półprzewodnikowym, jak i farmacji czy diagnostyce medycznej.

„Opracowana metoda daje obietnicę syntezowania nanostruktur o określonych i pożądanych właściwościach, zachowując stabilność i pełną kontrolę na poziomie molekularnym” – podkreśla dr hab. Szymon Godlewski, prof. UJ.

Technologia czeka na komercjalizację

Rozwiązanie zostało objęte międzynarodową ochroną patentową i znajduje się obecnie na etapie dalszych badań. Naukowcy pracują nad skalowaniem procesu i dostosowaniem technologii do wymagań przemysłu. Za komercjalizację odpowiada Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ, które poszukuje partnerów zainteresowanych wdrożeniem rozwiązania.

„Zakres potencjalnych zastosowań materiałów, które mogą powstać dzięki tej metodzie, jest ogromny. Ufam, że w niedalekiej przyszłości znajdzie ona zastosowanie komercyjne” – ocenia dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektorka CITTRU UJ.

Nowa technologia może okazać się jednym z ciekawszych polskich osiągnięć materiałowych ostatnich lat, szczególnie jeśli uda się przełożyć laboratoryjne wyniki na przemysłową skalę produkcji.