Nya tvådimensionella system från tillväxt till tillämpningar
- Diarienummer
- RMA15-0024
- Start- och slutdatum
- 160501-220630
- Beviljat belopp
- 33 524 044 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Exakt kontroll över materialegenskaper ända ner på atomnivå är av yttersta vikt för framtidens tekniska utveckling. Ytan hos en ytterst ren kristall av halvledarmaterialet kiselkarbid (SiC) ger en sådan möjlighet: Grafen, det tvådimensionella undermaterialet som består av ett enda lager av kolatomer, kan växas deterministiskt och i stor skala på SiC, med en sammanhängande kristallstruktur över hela ytan. Denna egenskap är unik för SiC och kan vidare nyttjas för att på ett kontrollerat vis växa även andra tvådimensionella material utöver grafen, till exempel tvådimensionella metaller, med extrema egenskaper och nya funktioner som kan leda till både vetenskapliga och teknologiska genombrott. Man kan arrangera enskilda atomlager ovanpå en speciellt preparerad kiselkarbidyta, eller inskjuta dem mellan grafen och SiC. I detta projekt avser vi studera sådana system i sin helhet, från materialtillväxt och fundamentala egenskaper till komponenter. Vi fokuserar särskilt på studier av strategiskt intresse där dessa tvådimensionella system kan få starkt genomslag: (a) produktionsteknologi i industriell skala, (b) sensorer, (c) katalys, och (d) nanoelektronik. För att säkerställa ett framgångsrikt projekt förenar vi ledande forskargrupper inom Sverige som garanterar att utforskning av tillväxt samt fysiska och kemiska egenskaper är av högsta vetenskapliga kvalitét. I samarbete med industriella nyckelpartner siktar vi på att bana väg för en rad tillämpningar av dessa nya 2D material
Populärvetenskaplig beskrivning
Upptäckten och utforskandet av grafen, det tvådimensionella undermaterialet bakom Nobelpriset i Fysik 2010 som består av ett enda lager av kolatomer, har gett upphov till en ny era av helt tvådimensionella material vars elektroniska, mekaniska och optiska egenskaper skiljer sig markant från motsvarande material i tre dimensioner. Dessa material förutspås revolutionera framtidens teknologi. För att till fullo kunna utnyttja dessa material i framtidens teknologiska utveckling krävs exakt kontroll över materialegenskaper på atomnivå. Ytan hos en högren enkristall av halvledarmaterialet kiselkarbid (SiC) ger en sådan möjlighet: Grafen kan växas kontrollerat och i stor skala på SiC, i en heltäckande kristallstruktur över ytan. Vid Linköpings universitet har en metod för framställning av högkvalitativt grafen från kiselkarbid utvecklats. Kiselkarbid består av kol- och kiselatomer och vid uppvärmning till mycket höga temperaturer lämnar kiselatomerna det översta lagret i ytan. Kvarlämnade kolatomer bildar grafen. Två fördelar jämfört med andra metoder är att komponenter av grafen kan direkt produceras över en hel kiselkarbidskiva och att antalet kollager kan kontrolleras. Detta är mycket betydelsefullt för massproduktion av komponenter. Denna unika egenskap hos SiC kan nyttjas för att på ett kontrollerat vis växa även andra tvådimensionella material utöver grafen, till exempel metaller, med extrema egenskaper och nya funktioner som kan leda till både vetenskapliga och teknologiska genombrott. Man kan arrangera enskilda atomlager av olika grundämnen ovanpå en speciellt preparerad kiselkarbidyta, eller skjuta in dem mellan grafen och SiC. SiC är ett viktigt material för kraftelektronik, och därför finns material och processteknik för komponenter av hög kvalité tillgängligt. I detta projekt avser vi studera sådana system i sin helhet, från materialtillväxt och fundamentala egenskaper till komponenter. Vi fokuserar särskilt på studier av strategiskt intresse där dessa tvådimensionella system har stor potential att få starkt genomslag; (a) produktionsteknologi i industriell skala, (b) sensorer, (c) katalys, och (d) nanoelektronik. För att säkerställa ett framgångsrikt projekt förenar vi ledande forskargrupper i Sverige som garanterar att utforskning av tillväxt samt fysiska och kemiska materialegenskaper är av högsta vetenskapliga kvalitét. Samarbete med industriella nyckelpartner banar väg för en rad tillämpningar av dessa nya tvådimensionella material.