Forskere fra DTU har i samarbejde med kolleger i det EU-finansierede forskningssamarbejde Graphene Flagship udviklet en ny standard til analyse af grafen og lagdelte materialer, der kan optimere fremstillingen af enheder baseret på 2D-materialer.
Grafen er ofte 'klemt' mellem mange forskellige lag og materialer i en sandwichstruktur, der skal bruges i elektroniske og fotoniske enheder, og det komplicerer processen med kvalitetsvurdering. Nu har forskere imidlertid afdækket, hvordan terahertz-spektroskopi kan gøre dette arbejde lettere.
Ligesom man med røntgenskanninger kan se ind i mennesker og dermed har banet vej for revolutionerende medicinske behandlinger, kan man med terahertz-spektroskopi se ind i grafenfilm, hvilket gør det muligt for forskere at lave detaljerede kort over 2D-lagenes elektriske egenskaber uden at beskadige eller forurene materialet.
I regi af Graphene Flagship samledes forskere fra den akademiske verden og industrien til at udvikle denne teknik, og nu er et nyt måleværktøj til grafenkarakterisering klar. Det afbilder de indkapslede materialer, afslører kvaliteten af grafen og viser ufuldkommenheder på kritiske punkter i fabrikationsprocessen. Det er en hurtig, ikke-destruktiv teknologi, der undersøger de elektriske egenskaber ved grafen og lagdelte materialer uden behov for direkte kontakt.
”Vi er overbeviste om, at terahertz-spektroskopi i grafenproduktion bliver lige så rutinemæssig som røntgenskanning på hospitaler. Takket være terahertz-spektroskopi kan man faktisk kortlægge selv grafenprøver i meterskala uden at røre ved dem, hvilket ikke er muligt med andre moderne teknikker," siger professor Peter Bøggild fra DTU Fysik.
Kvalitetskontrol går forud for tillid, hvorfor udviklingen af karakteriseringsteknikker såsom terahertz-spektroskopi er grundlæggende for at fremskynde produktion af grafen i stor skala. Den teknik vil kunne garantere, at grafen-baserede teknologier fremstilles konsekvent og forudsigeligt uden fejl. Takket være denne og andre udviklinger som roll-to-roll-produktion af grafen og lagdelte materialer er fremstillingen af grafen nu klar til at tage det næste skridt.
”Dette er den bedste måde at sikre, at vores løsning er relevant for vores slutbrugere, der fremstiller grafen og lagdelte materialer i industrielle skalaer,” siger Peter Bøggild og tilføjer:
"Vores publikation er et omfattende casestudie, der fremhæver alsidigheden og pålideligheden af terahertz-spektroskopi til kvalitetskontrol og bør vejlede vores kolleger i anvendelsen af teknikken til mange industrielt relevante materialer såsom silicium, safir, siliciumcarbid og polymerer."
Den nyudviklede metode til terahertz-spektroskopi er nu på vej til at blive en standardspecifikation takket være arbejdet i Graphene Flagship Standardization Committee.
”Dette arbejde vil utvivlsomt fremskynde optagelsen af vores nye teknologi, da det vil skitsere, hvordan analyse og sammenligning af grafenprøver kan udføres på en reproducerbar måde. Så terahertz-spektroskopi er endnu et skridt til at øge tilliden til grafenbaserede produkter,” forklarer professor og medforfatter Peter Uhd Jepsen fra DTU Fotonik.