Polscy naukowcy opracowali nową metodę wytwarzania nanografenu
Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali metodę bezpośredniego wytwarzania nanografenu na półprzewodnikach i izolatorach. Dzięki temu nie ma potrzeby przenoszenia struktur grafenowych z metalowych podłoży na materiał docelowy, co może obniżyć koszty produkcji i przyspieszyć wdrażanie tej technologii w elektronice.
Nanografen od lat uznawany jest za jeden z najbardziej perspektywicznych materiałów dla elektroniki nowej generacji. W praktyce jego przemysłowe wykorzystanie napotyka jednak istotną przeszkodę. Większość dostępnych metod wymaga najpierw syntezy struktur grafenowych na metalach szlachetnych, a następnie ich przeniesienia na właściwe podłoże, np. krzem. To właśnie ten etap zwiększa koszty produkcji, wydłuża proces technologiczny i może prowadzić do powstawania defektów materiałowych.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracował rozwiązanie, które eliminuje tę barierę. Nowa metoda pozwala wytwarzać nanografen bezpośrednio na powierzchniach półprzewodników i materiałów izolacyjnych. Autorami technologii są dr inż. Rafał Zuzak oraz dr hab. Szymon Godlewski, prof. UJ z Zakładu Fizyki Nanostruktur i Nanotechnologii.
Nanografen powstaje bezpośrednio na docelowym materiale
Opracowana metoda polega na nanoszeniu prekursorów grafenu bezpośrednio na powierzchnię materiału w warunkach wysokiej próżni. Następnie próbka jest ogrzewana do temperatury około 200–220°C i poddawana działaniu atomowego wodoru, który pełni rolę selektywnego katalizatora reakcji powierzchniowych. W efekcie powstają uporządkowane struktury nanografenowe bez konieczności stosowania metalicznych podłoży pośrednich.
Takie podejście upraszcza cały proces technologiczny. Eliminuje wykorzystanie metali szlachetnych oraz etap przenoszenia nanografenu na materiał docelowy. Dodatkowo obniża temperaturę procesu z ponad 400°C do około 200°C, co zwiększa opłacalność produkcji i pozwala pokrywać grafenem szerszą grupę materiałów.
- Co szczególnie istotne, 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. Naszym zdaniem łatwa dostępność narzędzi i prekursorów otwiera drogę do wdrożenia tej technologii do powszechnego zastosowania w przemyśle – wyjaśnia współtwórca nowej metody, dr inż. Rafał Zuzak z Zakładu Fizyki Nanostruktur i Nanotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Od tranzystorów po czułe sensory
Według autorów rozwiązania nowa technologia umożliwia precyzyjne kontrolowanie struktury nanografenu już na poziomie pojedynczych atomów. Dzięki temu możliwe jest projektowanie materiałów o właściwościach dostosowanych do konkretnych zastosowań.
Jednym z najbardziej perspektywicznych kierunków pozostaje elektronika krzemowa. Nanografen może znaleźć zastosowanie przy projektowaniu nowych generacji tranzystorów oraz układów scalonych, które będą zużywać mniej energii i oferować wyższą wydajność obliczeniową. Ma to szczególne znaczenie w czasie gwałtownie rosnącego zapotrzebowania na moc obliczeniową związanej z rozwojem sztucznej inteligencji.
Technologia może również znaleźć zastosowanie w fotonice, gdzie nanografen może pełnić funkcję materiału emitującego lub absorbującego światło o określonych długościach fali. Innym obszarem są niezwykle czułe sensory zdolne do wykrywania pojedynczych cząsteczek. Takie rozwiązania mogłyby znaleźć zastosowanie zarówno w produkcji zaawansowanej elektroniki, jak i w medycynie, farmacji czy systemach monitorowania środowiska.
- Już dziś wiemy, że przy zastosowaniu tej metody możliwe jest wytwarzanie różnego rodzaju struktur nanografenowych, które istotnie różnią się między sobą charakterystyką, przez co mogą nadawać różne właściwości materiałom, na których są umieszczone. Rodzaj wytwarzanych struktur zależy m in. od wyboru prekursorów grafenowych. Dla przemysłu bez wątpienia ważne jest to, by nanografen miał jednorodną budowę i był wolny – podobnie jak podłoże – od zanieczyszczeń. Co ważne, opracowana przez nas metoda zapewnia spełnienie tych warunków i daje obietnicę syntezowania nanostruktur o określonych i pożądanych właściwościach, zachowując stabilność i pełną kontrolę na poziomie molekularnym – dodaje współtwórca opracowanej metody, dr hab. Szymon Godlewski, prof. UJ.
Kolejny etap to komercjalizacja
Opracowana technologia została objęta międzynarodową ochroną patentową. Zespół prowadzi obecnie badania nad skalowaniem procesu oraz dostosowaniem go do wymagań przemysłu.
Za komercjalizację rozwiązania odpowiada Centrum Transferu Technologii CITTRU Uniwersytetu Jagiellońskiego. Naukowcy liczą, że kolejnym krokiem będzie nawiązanie współpracy z partnerami przemysłowymi, co pozwoli przyspieszyć badania przedwdrożeniowe i przygotować technologię do zastosowań komercyjnych.
- Na obecnym etapie konieczne jest przyspieszenie badań przedwdrożeniowych, optymalnie z partnerami wykorzystującymi struktury nanografenowe w przemyśle. Zakres potencjalnych zastosowań materiałów, które mogą powstać dzięki tej metodzie, jest ogromny. Ufam więc, że w niedalekiej przyszłości znajdzie ona zastosowanie komercyjne – mówi dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektor CTT CITTRU UJ.
Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 24 września 2026. Zapisz się tutaj!
