Przełom w nanotechnologii: polski patent otwiera drzwi do elektroniki przyszłości

Przeczytaj także: Badania naukowe: jak i na jaką skalę je finansujemy?

Na czym polega nowa metoda syntezy nanografenu z UJ?

Dotychczasowe metody przemysłowe wymagały syntezy układów nanografenowych na metalach szlachetnych, skąd dopiero przenoszono je na właściwe podłoża docelowe. Były to operacje wysoce energochłonne, kosztowne, a głównym wyzwaniem pozostawał sam transfer uzyskanych struktur z jednego materiału na drugi.

Opracowana przez polskich badaczy metoda całkowicie zmienia reguły gry. Cały proces opiera się na trzech kluczowych krokach:

• Nanoszenie prekursorów: Prekursory grafenu są aplikowane w warunkach wysokiej próżni bezpośrednio na docelowe powierzchnie materiałów niemetalicznych.
• Obniżona temperatura: Układ jest podgrzewany do temperatury zaledwie 200–220°C. To znacząca poprawa względem stosowanych obecnie 400°C i wyższych.
• Wodór jako katalizator: Środowisko reakcji zostaje poddane działaniu atomowego wodoru, który działa jako selektywny katalizator reakcji powierzchniowych.

W wyniku tych procesów prekursory przekształcają się w uporządkowane struktury – nanowstążki i płatki grafenowe – bez ryzyka powstawania zanieczyszczeń na podłożu.

Dlaczego polskie odkrycie w produkcji grafenu jest przełomowe?

Główną barierą technologiczną, z którą przemysł borykał się od lat, była konieczność fizycznego przenoszenia nanopowłok. Polska metoda pozwala bezpośrednio pokrywać powierzchnie półprzewodników, izolatorów oraz materiałów krzemowych. Co niezwykle istotne z punktu widzenia wdrożenia, nowa metoda nie wymaga rewolucji w parkach maszynowych przedsiębiorstw.

– 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. W naszej opinii łatwa dostępność narzędzi i prekursorów otwiera drogę do wdrożenia tej technologii do powszechnego zastosowania w przemyśle – wyjaśnia dr inż. Rafał Zuzak z Zakładu Fizyki Nanostruktur i Nanotechnologii UJ, współtwórca nowej metody.

Gdzie znajdzie zastosowanie nanografen nowej generacji?

Największą zaletą struktury nanografenowej jest silna zależność jej właściwości od kształtu i budowy atomowej. Dzięki nowej metodzie możliwe jest syntezowanie nanostruktur o precyzyjnie określonych cechach. Eksperci wskazują na kluczowe obszary komercjalizacji:

• Elektronika i układy scalone dla AI: Integracja technologii z elektroniką krzemową pozwala projektować nowe typy tranzystorów. Charakteryzują się one wyższą wydajnością i niższym zapotrzebowaniem na energię, co jest kluczowe w erze ogromnego zapotrzebowania na moc obliczeniową sztucznej inteligencji.
• Optoelektronika: Nanografeny mogą pełnić funkcję materiałów absorbujących lub emitujących światło o określonej długości fali, a także działać jako molekularne przełączniki optyczne.
• Detektory cząstek (Medycyna i Farmakologia): Odpowiednio zaprojektowany materiał może selektywnie wiązać cząsteczki. Przez monitorowanie zmian przewodnictwa możliwe staje się wykrywanie stężeń na poziomie pojedynczych cząstek, co przyda się w diagnostyce medycznej oraz laboratoriach produkcyjnych.

– 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 – uzupełnia współtwórca opracowanej metody, dr hab. Szymon Godlewski, prof. UJ.

Jakie są perspektywy komercjalizacji polskiego odkrycia?

Opracowane przez krakowskich naukowców rozwiązanie zostało już objęte międzynarodową ochroną patentową. Obecnie technologia znajduje się na etapie intensywnych badań rozwojowych, których celem jest potwierdzenie możliwości skalowania procesu i dostosowanie go do bezpośrednich wymagań linii produkcyjnych. Za transfer technologii do biznesu odpowiada Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ.

– 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, dyrektorka CTT CITTRU, UJ.