2D Υλικά, όπως το Γραφένιο, Ανοίγουν Νέους Ορίζοντες στην Επιστήμη των Υλικών

Ακούσια Ανακάλυψη

Τα περισσότερα φυσικά αντικείμενα είναι κατασκευασμένα από 3Δ υλικά. Τα στερεά υλικά συνήθως αποτελούνται είτε από οργανωμένα άτομα σε προκαθορισμένες 3Δ δομές που σχηματίζουν μέταλλα και κρυστάλλους, είτε από ακατάστατα άτομα που σχηματίζουν άλλα πράγματα.

Για πολύ καιρό θεωρήθηκε ότι αυτή ήταν η μοναδική μορφή με την οποία η ύλη μπορούσε να οργανωθεί για να σχηματίσει στερεά αντικείμενα. Αλλά πριν 20 χρόνια (2004), δύο ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, ο Άντρε Γκέιμ και ο καθηγητής Κόστυα Νοβοσέλοφ, ανακάλυψαν ένα 2Δ υλικό, το γραφένιο. Το ανακάλυψαν σχεδόν τυχαία όταν συνειδητοποίησαν ότι η απλή ταινία σκotch που εφαρμόστηκε σε γραφίτη (που χρησιμοποιείται στα μολύβια) δημιούργησε ένα μονοατομικό στρώμα άνθρακα.

Αυτό θα τους χάρισε αργότερα το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2010.

Το γραφένιο αποτελείται από άτομα άνθρακα, αλλά αντί να είναι σε ακατάστατη μορφή (γραφίτης) ή οργανωμένο κρύσταλλο (διαμάντια), στο γραφένιο τα άτομα άνθρακα είναι ευθυγραμμισμένα σε ένα μονοατομικό στρώμα, σαν ένα εξαιρετικά λεπτό φύλλο χαρτιού. Ανακάλυψαν επίσης ότι είναι δυνατόν να δημιουργηθούν υλικά 1 ή μηδενικής διάστασης, όπως νανοσωλήνες ή κβαντικά κουκκίδες.

Πηγή: Ossila

Αυτό που κάνει τα 2Δ υλικά ξεχωριστά είναι ότι αυτή η μοναδική διαμόρφωση συνοδεύεται από μοναδικές φυσικές ιδιότητες.

Για παράδειγμα, το γραφένιο είναι εξαιρετικά αγώγιμο, με τα ηλεκτρόνια να μπορούν να κυκλοφορούν σε αυτό με ταχύτητα 1/300 του φωτός. Είναι επίσης πολύ καλός θερμικός αγωγός και έχει τη μεγαλύτερη εφελκτική αντοχή από όλα τα υλικά, παρά το ότι είναι οπτικά διαφανές, απορροφώντας μόνο το 2% του φωτός που το προσπίπτει.

Πηγή: Visual Capitalist

Πολύ Περισσότερο από το Γραφένιο

Οι μοναδικές ιδιότητες του γραφενίου το έκαναν αμέσως το επίκεντρο χιλιάδων ερευνητών που ήθελαν να αποκαλύψουν τις μοναδικές του ηλεκτρικές, χημικές και φυσικές ιδιότητες.

Ωστόσο, άλλοι άρχισαν να αναρωτιούνται αν άλλα στοιχεία εκτός του άνθρακα θα μπορούσαν επίσης να δημιουργήσουν 2Δ υλικά. Η απάντηση ήταν ναι, με θεωρητικές προβλέψεις που υπόσχονται εκατοντάδες διαφορετικά πιθανά 2Δ υλικά. Μεταξύ των πιο σημαντικών και μελετημένων 2Δ υλικών εκτός του γραφενίου, μπορούμε να αναφέρουμε μερικά:

• Borophene, κατασκευασμένο από άτομα βόρου, ανακαλύφθηκε μόνο το 2015.
• Goldene, κατασκευασμένο από άτομα χρυσού, παράχθηκε για πρώτη φορά το 2024.
• Silicene, κατασκευασμένο από άτομα πυριτίου.
• Phosphorene, κατασκευασμένο από άτομα φωσφόρου.

Φαίνεται επίσης ότι τα 2Δ υλικά δεν χρειάζεται να είναι φτιαγμένα μόνο από ένα καθαρό στοιχείο — για παράδειγμα, μονοστρώματα μολοβδενίου δισουλφιδίου (MoS2) ή πυριτικού νιτρικού (Si₃N₄).

Άλλα άτομα μπορούν επίσης να προσαρμοστούν στο μονοστρώμα, δημιουργώντας μια «τραχιά» επιφάνεια, όπως όταν προστίθεται υδρογόνο στα άτομα άνθρακα του γραφενίου για να σχηματιστεί το γραφάνιο.

Από τον Edgar181 (συζήτηση) – Δική του δουλειά, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12091234

Λόγω αυτής της εξαιρετικής ποικιλίας υλικών, οι ερευνητές μόλις αρχίζουν να αποκαλύπτουν το δυναμικό των 2Δ υλικών.

Εφαρμογές – Θεμελιώδεις Πτυχές

Γενικά, αυτό που κάνει τα 2Δ υλικά μοναδικά είναι ότι η πολύ οργανωμένη ατομική τους δομή επιτρέπει τη μοναδική διαμόρφωση των ηλεκτρονίων τους και τον στενό δεσμό μεταξύ των ατόμων.

Αυτό με τη σειρά του εξηγεί την εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα (ροή ηλεκτρονίων), τη θερμική αγωγιμότητα (μεταφορά των ενεργειακών επιπέδων μεταξύ ατόμων) και τη φυσική αντοχή (ομοιοπολικές δεσμοί μεταξύ ατόμων λόγω ανταλλαγής ηλεκτρονίων).

Η 2Δ δομή δίνει επίσης σε αυτά τα υλικά τις υψηλότερες ειδικές επιφάνειες (επιφάνεια όπου είναι δυνατές αλληλεπιδράσεις) από όλα τα γνωστά υλικά. Αυτό τα καθιστά εξαιρετικούς υποψήφιους για νέες μορφές καταλυτών ή, γενικότερα, για συμμετοχή σε χημικές και ηλεκτρικές αντιδράσεις.

Υπεραγωγοί

Επειδή τα ηλεκτρόνια ρέουν σχεδόν εντελώς ελεύθερα στην επιφάνεια των 2Δ υλικών, θεωρούνται καλές υποψήφιες για υπεραγωγικότητα.

Η υπεραγωγικότητα είναι αυτό που συμβαίνει όταν ένα υλικό μπορεί να αγωγεί ηλεκτρισμό χωρίς καμία αντίσταση.

Αυτό σημαίνει ότι όχι μόνο δεν υπάρχει απώλεια ενέργειας, κάτι που θα μπορούσε να είναι πολύ χρήσιμο για τη μεταφορά ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις, αλλά επίσης σημαίνει ότι ένα ρεύμα που διέρχεται από το υλικό δεν παράγει θερμότητα. Αυτό το καθιστά εξαιρετικά χρήσιμο για κάθε είδους εφαρμογές, από την πληροφορική μέχρι τα ηλεκτρικά οχήματα και πρακτικά οποιαδήποτε τεχνολογία που χρησιμοποιεί ηλεκτρισμό.

Σε θεωρία, η υπεραγωγικότητα, ειδικά η υπεραγωγικότητα σε θερμοκρασία δωματίου, θα μπορούσε να επιτρέψει τον έλεγχο της πυρηνικής σύντηξης, την προώθηση πλοίων με ηλεκτρισμό, φθηνά & υπερ-γρήγορα μαγνητικά τρένα, μαζικούς επιταχυντές για πρόσβαση στην τροχιά με πολύ χαμηλό κόστος, κ.λπ. (Εξετάσαμε πιο αναλυτικά το ερώτημα των υπεραγωγών σε θερμοκρασία δωματίου στο αφιερωμένο μας άρθρο).

Πολλά 2Δ υλικά θα μπορούσαν να εμφανίσουν υπεραγωγικότητα στις κατάλληλες συνθήκες (π.χ., θερμοκρασία, πίεση, κ.λπ.), συμπεριλαμβανομένων:

• Πολυλεπτά υπερλεπτά φιλμ στοιχειακών μετάλλων.
• Κουπράτες.
• Οξείδια περοβσκίτη.
• Σύνθετα βαρέων φερμιόνων σπάνιων γαλαζοειδών μετάλλων.
• Γραφένιο.
• Σεληνίδιο σιδήρου σε οξειδικές επιφάνειες.
• Οργανικοί αγωγοί σε μεταλλικές επιφάνειες.

Ημιαγωγοί

Οι ημιαγωγοί είναι υλικά που μπορούν να μεταβούν επιλεκτικά από κατάσταση αγωγιμότητας (που μεταφέρει ηλεκτρόνια) σε κατάσταση μονωτή (που εμποδίζει τα ηλεκτρόνια). Αυτή είναι η θεμελιώδης αρχή γύρω από την οποία χτίζονται τα πυρίτιδα τρανζίστορ και άλλα στοιχεία υπολογιστών, με το 0 να σημαίνει μηδενικό ρεύμα και το 1 την παρουσία ρεύματος.

Όσο πιο γρήγορα ένας ημιαγωγός μπορεί να αλλάξει κατάσταση, τόσο πιο γρήγορα μπορεί να γίνει η σχετική υπολογιστική διαδικασία.

Γραφένιο

Αρχικά, οι ερευνητές που μελετούσαν το γραφένιο νόμιζαν ότι θα μπορούσε να αντικαταστήσει το πυρίτιο στους ημιαγωγούς. Δυστυχώς, του λείπει ένα βασικό ηλεκτρονικό χαρακτηριστικό που ονομάζεται «ζώνη ενέργειας».

Η ζώνη ενέργειας είναι αυτό που καθορίζει αν ένα υλικό θα θεωρηθεί μέταλλο (αγώγιμο ηλεκτρισμό), μονωτής (αποκλείει τον ηλεκτρισμό) ή ημιαγωγός (που μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ αγωγιμότητας και μόνωσης).

Πηγή: Energy Education

Το πρόβλημα είναι ότι το γραφένιο δεν έχει καθόλου ζώνη ενέργειας, εμποδίζοντας τη χρήση του ως ημιαγωγός.

Αυτό ήταν αλήθεια μέχρι το 2024, όταν οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να δημιουργήσουν τον πρώτο στον κόσμο ημιαγωγό από γραφένιο.

“Τώρα έχουμε έναν εξαιρετικά ανθεκτικό ημιαγωγό γραφενίου με κινητικότητα δέκα φορές μεγαλύτερη από το πυρίτιο, και που διαθέτει επίσης μοναδικές ιδιότητες που δεν υπάρχουν στο πυρίτιο.

«Έπρεπε να μάθουμε πώς να επεξεργαζόμαστε το υλικό, πώς να το βελτιώνουμε συνεχώς, και τέλος, πώς να μετράμε τις ιδιότητές του. Αυτό πήρε πολύ, πολύ χρόνο.»

Goldene

Ένα άλλο 2Δ υλικό ενδιαφέροντος είναι το goldene, ουσιαστικά γραφένιο αλλά με χρυσό να αντικαθιστά τα άτομα άνθρακα.

Ο χρυσός χρησιμοποιείται ήδη ευρέως σε τσιπ και υποσυστήματα υπολογιστών χάρη στις εξαιρετικές του ιδιότητες, όπως η αντοχή στην οξείδωση και η πολύ υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Με την παραγωγή το 2024 του πρώτου μονοστρώματος goldene, οι ημιαγωγικές ιδιότητες θα μπορούσαν να προστεθούν στη λίστα.

“Αν κάνετε ένα υλικό εξαιρετικά λεπτό, συμβαίνει κάτι εξαιρετικό — όπως με το γραφένιο. Το ίδιο συμβαίνει και με το χρυσό. Όπως ξέρετε, ο χρυσός είναι συνήθως μέταλλο, αλλά αν ένα στρώμα είναι ενός μόνο ατόμου πάχος, τότε ο χρυσός μπορεί να γίνει ημιαγωγός.”

Οργανικοί Ημιαγωγοί

Τα οργανικά μόρια αποτελούνται από ένα σκελετό άνθρακα, μαζί με άλλα στοιχεία, συνήθως οξυγόνο, άζωτο, θείο κ.λπ.

Πρόσφατα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μπορούν να αναγκάσουν τα οργανικά πολυμερή να παραμείνουν σε 2Δ διαμόρφωση και να αποφεύγουν τη στοίβαξη πολλαπλών στρωμάτων.

Πηγή: POSTECH

Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν ένα βήμα που ονομάζεται p-τύπου ντόπινγκ, το οποίο χρησιμοποιείται συνήθως στην παραγωγή ημιαγωγών.

Αυτό αναφέρεται στην προσθήκη στοιχείων σε ένα ημιαγωγό υλικό για να γίνει ακόμη πιο αγώγιμο.

Πηγή: Wikipedia by VectorVoyager

Το προκύπτον υλικό περιγράφηκε από τους ερευνητές ως «εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα».

Έτσι, ακόμη και αν με κάποιο τρόπο υλικά όπως το γραφένιο είναι πολύ δύσκολο να παραχθούν μαζικά σε ημιαγωγική διαμόρφωση, ή το goldene είναι πολύ ακριβό, οι οργανικοί ημιαγωγοί πιθανότατα θα είναι διαθέσιμοι για να επιτρέψουν την υιοθέτηση 2Δ ημιαγωγών στο κοντινό μέλλον.

Υπερ-Υλικά

Ενώ οι ηλεκτρικές ιδιότητες είναι ο πυρήνας του ενδιαφέροντος των επιστημόνων στα 2Δ υλικά, οι φυσικές τους ιδιότητες είναι εξίσου εντυπωσιακές.

Για παράδειγμα, το γραφένιο είναι 200 φορές πιο δυνατό από το χάλυβα για το ίδιο βάρος. Το γραφένιο θα μπορούσε να ενσωματωθεί στο σκυρόδεμα, όπως ο χάλυβας σε ενισχυμένο σκυρόδεμα, δημιουργώντας ένα σκυρόδεμα 2,5 φορές πιο δυνατό και 4 φορές λιγότερο διαπερατό στο νερό. Επιπλέον, το γραφένιο δεν σκουριάζει όπως ο χάλυβας, καθιστώντας το ενισχυμένο με γραφένιο σκυρόδεμα ακατάλληλο για «σάπια σκυροδέματος» που προκαλείται από την οξείδωση του σιδήρου, η οποία περιορίζει σοβαρά τη διάρκεια ζωής των δομών σκυροδέματος.

Από τον Achim Hering – Δική του δουλειά, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20269527

Η εξαιρετική αντοχή + το ελαφρύ βάρος του γραφενίου και άλλων 2Δ υλικών θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή καλύτερης θωράκισης σώματος.

Ένας άλλος τομέας εφαρμογής μπορεί να είναι η θερμική διαχείριση. Για παράδειγμα, οι ερευνητές διαπίστωσαν πρόσφατα ότι μπορείτε να κατασκευάσετε ένα υλικό που είναι ταυτόχρονα μονωτικό και στερεό (σπάνιος συνδυασμός) δημιουργώντας 2Δ υβριδικά οργανικά-ανόργανα περοβσκίτες.

2Δ υλικά όπως το γραφένιο και το εξαγωνικό βόριο-νιτρικό (hexagonal boron-nitride) θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη διάχυση θερμότητας σε ηλεκτρονικές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές.

Τέλος, τα προηγμένα υπερ-ανθεκτικά 2Δ υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση φουτουριστικών υποδομών, όπως για παράδειγμα οι διαστημικοί ανελκυστήρες. Ωστόσο, τέτοια βήματα θα γίνουν ρεαλιστικά μόνο όταν καταφέρουμε να παράγουμε οικονομικά αυτά τα υλικά όχι κατά γραμμάριο ή κιλό, αλλά κατά εκατομμύρια τόνους.

Βιοτεχνολογία

Η πολύ υψηλή επιφάνεια, το εξαιρετικά λεπτό στρώμα και οι μοναδικές χημικές ιδιότητες καθιστούν τα 2Δ υλικά καλούς υποψήφιους για πολλές εξειδικευμένες εφαρμογές στη ιατρική και τη βιοτεχνολογία.

Αυτό περιλαμβάνει τη χορήγηση φαρμάκων, απεικόνιση, μηχανική ιστών, βιοαισθητήρες και αεριοαισθητήρες.

Ένας άλλος παράγοντας στην εμφάνιση των 2Δ υλικών σε βιολογικές εφαρμογές είναι οι πρόσφατες ανακαλύψεις που τους επιτρέπουν να αποκτήσουν μια χαρακτηριστική ιδιότητα που ονομάζεται χρωματικότητα.

Η χρωματικότητα είναι ένας όρος της χημείας που σημαίνει ότι τα μόρια έχουν αριστερή/δεξιά συμμετρία. Η χρωματικότητα είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των οργανικών μορίων, για παράδειγμα των αμινοξέων που αποτελούν τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.

Πηγή: UC Santa Barbara

Στα μόρια, η χρωματικότητα μπορεί να κάνει βιολογικές ή χημικές μονάδες να υπάρχουν σε δύο εκδοχές που δεν μπορούν να ταιριάξουν τέλεια, όπως ένα αριστερό και ένα δεξιό γάντι. Μπορούν να αντικατοπτρίζονται ακριβώς, αλλά ένα αριστερό γάντι δεν θα ταιριάξει ποτέ στο δεξί χέρι όσο ταιριάζει στο αριστερό.

Καθ. Dipanjan Pan

Πρόσφατα, ερευνητές συνέθεσαν πλακίδια βορυφενίου, παρόμοια με το πώς τα θραύσματα βορυφενίου θα εισέλθουν στην κυκλοφορία του αίματος. Ανακάλυψαν ότι οι χρωματικές ιδιότητες των διαφορετικών εκδοχών του βορυφενίου αλληλεπιδρούσαν διαφορετικά με τις μεμβράνες των κυττάρων και εισερχόταν στα κύτταρα διαφορετικά.

Αυτό ανοίγει το δρόμο για το σχεδιασμό προσαρμοσμένων δομών βορυφενίου για εφαρμογές όπως η «ανάπτυξη ιατρικής απεικόνισης υψηλότερης ανάλυσης με αντίθεση που θα μπορούσε να παρακολουθεί με ακρίβεια τις αλληλεπιδράσεις των κυττάρων ή καλύτερη χορήγηση φαρμάκων με στοχευμένες αλληλεπιδράσεις υλικού-κυττάρου».

Μια καλύτερη κατανόηση του πώς η δομή του βορυφενίου αλληλεπιδρά με ζωντανά κύτταρα θα βοηθήσει επίσης στην αποσαφήνιση του προφίλ ασφαλείας του.

Ενώ το προφίλ υγείας του βορυφενίου εξακολουθεί να αξιολογείται, φαίνεται ότι το γραφένιο μπορεί ακόμη και να εισπνευτεί με ασφάλεια χωρίς κανέναν οξύ κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία. Αυτά τα αποτελέσματα είναι ακόμη πολύ προκαταρκτικά αλλά πιθανότατα υποδεικνύουν ότι η γρήγορη εξάπλωση των 2Δ υλικών δεν θα πρέπει να προκαλέσει προβλήματα δημόσιας υγείας.

Και όσο πιο βιοσυμβατά είναι, τόσο πιο πιθανό είναι να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη βιολογικών αισθητήρων ή την τροφοδοσία νανορομπότ στο αίμα μας.

Περιορισμοί

Παραγωγή σε Μεγάλη Κλίμακα

Ακόμη και το πιο καθιερωμένο και πρώτο ανακαλυφθέν 2Δ υλικό, το γραφένιο, παραμένει κυρίως στο πεδίο των εργαστηρίων και των νεοσύστατων εταιρειών.

Αυτό οφείλεται στο ότι η παραγωγή του σε μεγάλη κλίμακα εξακολουθεί να είναι δύσκολη. Η παραγωγή μικρών ποσοτήτων είναι σχετικά εύκολη, αλλά η μαζική παραγωγή με ημιαυτοματοποιημένο τρόπο δεν είναι.

Η ταινία σκotch που εφαρμόστηκε σε ένα κομμάτι γραφίτη ήταν αρκετή για την ανακάλυψη του γραφενίου. Αλλά απαιτούνται πολύ πιο σύνθετες μέθοδοι όπως η Χημική Εξάτμιση Ατμού (CVD) για τη μαζική παραγωγή.

Αυτό γίνεται σταδιακά πιο πραγματικό, με, για παράδειγμα, τη δημοσίευση μιας διαδικασίας για CVD χωρίς οξυγόνο που παράγει γραφένιο υψηλής καθαρότητας.

Σκόλλημά του

Ένα άλλο πρόβλημα με τα 2Δ υλικά είναι ότι λόγω της εξαιρετικής λεπτότητας και της μοναδικής χημικής τους φύσης, μπορεί να είναι δύσκολο να τα κολλήσουμε σε άλλα υλικά.

Συχνά απαιτούνται εξειδικευμένες τεχνικές για να κολλήσει ένα στρώμα γραφενίου σε τσιπ υπολογιστών, τροφοδοτικό ή ιατρική συσκευή.

Αυτό μπορεί να είναι πολύ πιο χρονοβόρο και απαιτητικό σε πόρους από λιγότερο αποδοτικές αλλά πιο εύκολες στην υλοποίηση εναλλακτικές.

Κόστη

Επειδή προς το παρόν οι περισσότερες μέθοδοι παραγωγής και οι εφαρμογές σε υπάρχουσες συσκευές είναι κυρίως μικρής κλίμακας ή ειδικές, τα 2Δ υλικά παραμένουν σχετικά ακριβά.

Η πραγματική τιμή μπορεί να διαφέρει σημαντικά ανάλογα με την καθαρότητα, με παράδειγμα το γραφένιο να κυμαίνεται μεταξύ $20-2.000/kg.

Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και στην πιο φθηνή τιμή, το γραφένιο είναι ακόμη 20 φορές πιο ακριβό από τον χάλυβα. Επιπλέον, για να επιτευχθεί αποδεκτή απόδοση στην αντικατάσταση του εν λόγω χάλυβα, πιθανότατα απαιτείται περισσότερη από τη χαμηλότερη δυνατή καθαρότητα.

Εταιρείες 2Δ Υλικών

Ο τομέας των 2Δ υλικών εξελίσσεται πολύ γρήγορα, με νέες επιλογές όπως το goldene να ανακαλύπτονται τακτικά, και νέες γνώσεις για το πώς να βελτιστοποιήσουμε τα «παλιά» υλικά, όπως η μετατροπή του γραφενίου σε ημιαγωγό.

Αυτά τα προϊόντα πιθανότατα θα γίνουν σημαντικός οικονομικός τομέας μόνο όταν παραχθούν σε μεγάλη κλίμακα με βιομηχανικές μεθόδους.

Μέχρι τώρα, η πιο προηγμένη και καλά τεκμηριωμένη μέθοδος είναι η CVD, δίνοντας σημαντικό πλεονέκτημα στους ειδικούς CVD για να κατακτήσουν μεγάλο μέρος της αξίας της παραγωγής 2Δ υλικών.

1. Veeco

Η Veeco είναι σημαντικός προμηθευτής εξοπλισμού για τη βιομηχανία παραγωγής ημιαγωγών από την ίδρυσή της το 1945. Τα μηχανήματά της χρησιμοποιούνται στην παραγωγή προηγμένων EUV τσιπ, κεραίων 5G, σκληρών δίσκων, LIDAR, LED, ηλεκτρονικών ισχύος για EV κ.λπ.

Πηγή: Veeco

Η κύρια τεχνολογική εστίαση της εταιρείας είναι η ίδια διαδικασία CVD που χρησιμοποιείται για την παραγωγή βορυφενίου, ή πιο συγκεκριμένα, η MOCVD (Μεταλλο-Οργανική Χημική Εξάτμιση Ατμού).

Πηγή: Veeco

Ως ηγέτης σε αυτό το εξειδικευμένο τμήμα της βιομηχανίας ημιαγωγών, η Veeco θα μπορούσε να είναι καλός υποψήφιος για επένδυση στην άνοδο περισσότερων εφαρμογών CVD.

Αυτή η ανάπτυξη θα μπορούσε να προέρχεται από τη αυξανόμενη χρήση γραφενίου, του βολφράμιου και του βορυφενίου, καθώς βελτιωνόμαστε σταδιακά στην επεξεργασία της ύλης σε ατομικό επίπεδο.

Θα ωφεληθεί επίσης από τις τεράστιες τάσεις της ψηφιοποίησης, της τεχνητής νοημοσύνης και της ηλεκτροποίησης, είτε χρησιμοποιεί μαζικά 2Δ υλικά σύντομα είτε όχι.

2. Graphene Manufacturing Group (GMG)

GMG είναι παραγωγός γραφενίου που έχει εστιάσει την προσφορά προϊόντων της σε ήδη αποδεδειγμένα προϊόντα βάσει γραφενίου, όπως επικάλυψη θερμότητας και λιπαντικά.

Αυτό καθιστά τη GMG καλή επιλογή για επενδυτές που αναζητούν άμεση έκθεση στην αγορά γραφενίου και μια εταιρεία που είναι ήδη ενεργή στην μαζική παραγωγή γραφενίου και στη βελτίωση της τρέχουσας μεθόδου παραγωγής.

Πηγή: GMG

Περαιτέρω εφαρμογές θα μπορούσαν να είναι η δημιουργία ημιαγωγών γραφενίου (δείτε το «Graphene Semiconductors – Are They Finally Here?»,) ή ακόμη και υπεραγωγούς σε θερμοκρασία δωματίου. Η επικάλυψη γραφενίου θα μπορούσε επίσης να βρει χρήση σε μπαταρίες και σε τεχνολογίες δοχείων υδρογόνου υπό πίεση.

Πηγή: GMG

Η GMG παράγει το γραφένιο της από μεθάνιο + υδρογόνο, κάτι που διαφέρει από τους περισσότερους ανταγωνιστές της, οι οποίοι το παράγουν από φυσικές αποθέσεις γραφίτη. Αυτό επιτρέπει μεγαλύτερη καθαρότητα, μεγαλύτερη κλιμακωσιμότητα και παραγωγή χαμηλού κόστους.

Η εταιρεία ξεκίνησε την πρώτη της μονάδα παραγωγής στην Αυστραλία το 2023, με δυνατότητα παραγωγής έως 1 εκατομμύριο λίτρων επικάλυψης εναλλάκτη θερμότητας ετησίως.

Το επόμενο βήμα για την εταιρεία θα είναι η τεχνολογία μπαταρίας βασισμένη σε ιόντα αλουμινίου γραφενίου, με πυκνότητα 290 Wh/kg, 60 φορές ταχύτερη φόρτιση από τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων, 3 φορές τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και καλύτερο προφίλ κινδύνου πυρκαγιάς.

Πηγή: GMG

Αυτή η είσοδος στην αγορά μπαταριών μπορεί να είναι ένα μεγάλο στοίχημα για τη GMG, αλλά επίσης της προσφέρει μια μοναδική προοπτική για το μελλοντικό αγορά που θα μπορούσε να ανοίξει για το γραφένιο, συμπεριλαμβανομένων των EV και άλλων εφαρμογών σχετικών με την ενέργεια.