Verbetering van de nauwkeurigheid van internationale normen voor grafeen

De resultaten van de eerste internationale vergelijking van de meting van grafeen zijn gepubliceerd in 2D-materialengeleid door het National Physical Laboratory (NPL) in het VK, via het Versailles Project on Advanced Materials and Standards (VAMAS) en in samenwerking met instituten van over de hele wereld.

De internationale interlaboratoriumvergelijking (ILC) schetste verbeteringen die de meetonzekerheid, in sommige gevallen met een factor 15, verminderen en die de basis zullen vormen voor een nieuwe internationale standaard die momenteel in ontwikkeling is binnen ISO/IEC voor Raman-spectroscopie. Dit zal een geverifieerde gegevensbron opleveren en uiteindelijk nauwkeurigere en nauwkeurigere meetnormen opleveren voor de wereldwijde grafeenindustrie.

Hoewel het een wondermateriaal met veel overtreffende trap eigenschappen is die industrieën zal verstoren, variërend van elektronica tot constructie, als een enkele laag koolstofatomen, kan grafeen moeilijk te meten zijn. Er is een dringende behoefte aan betrouwbare, reproduceerbare en nauwkeurige metingen van de eigenschappen van grafeen, door middel van internationale normen, om industriële groei te vergemakkelijken.

Processen zoals chemische dampafzetting (CVD) stellen bedrijven over de hele wereld nu in staat om grafeen te produceren op de schaal van meters, maar een gestandaardiseerde meetmethode om de kwaliteit van het materiaal te bepalen is nog in ontwikkeling binnen de International Organization for Standardization (ISO) en Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC).

VAMAS werd in 1982 opgericht door de G7-groep van landen om te zorgen voor best practices plus nauwkeurige en nauwkeurige gestandaardiseerde meetmethoden om de wereldhandel te promoten en te laten groeien. Meer recentelijk, in 2016, werd een technisch werkgebied opgericht voor “Graphene and Related 2D Materials”, dat nu 14 actieve projecten heeft.

Het eerste van deze projecten is de meting van door CVD gegroeid grafeen met behulp van Raman-spectroscopie, een go-to-meettechniek om de structuur van grafeengerelateerde 2D-materialen te begrijpen. Het Industrialization Work Package (WP19) van het EU Graphene Flagship financierde het werk van NPL om deze internationale ILC, bestaande uit 17 entiteiten, waaronder nationale metrologische instituten, universiteiten en de industrie, te leiden met CVD-gekweekte grafeenmonsters geleverd door Graphenea Semiconductor, Spanje.

Veel van de metingen voor deze VAMAS ILC’s zijn afgerond, maar er zijn recentelijk meerdere projecten gestart en op zoek naar deelnemers. Deze projecten zullen ook bijdragen aan andere internationale standaarden, waardoor uiteindelijk de nauwkeurigheid van de meting van grafeen en andere 2D-materialen wordt verbeterd en daardoor de industrie over de hele wereld mogelijk wordt gemaakt.

Dr. Andrew J Pollard, hoofdonderzoeker bij NPL zei: “Interlaboratoriumvergelijkingen zijn van vitaal belang als we naast onze gemeten waarden een kwantitatieve onzekerheid willen bieden, en ons ook willen helpen gestandaardiseerde protocollen te verbeteren om de meest nauwkeurige en precieze waarden mogelijk te bereiken. Deze diepgaande studies vereisen zowel tijd als internationale samenwerking, maar zullen de hele gemeenschap helpen door middel van reproduceerbare en vergelijkbare metingen.”

Prof. Cinzia Casiraghi, hoogleraar nanowetenschappen aan de Universiteit van Manchester, zei: “Raman-spectroscopie is een van de meest gebruikte technieken voor het karakteriseren van grafeen omdat het snel een breed scala aan informatie over de kwaliteit van dit materiaal kan opleveren. Ondanks zijn eenvoud, discrepanties in de Raman-metingen en -gegevens werden gerapporteerd in de literatuur, waardoor de industriële productie en de mogelijkheid om grafeenmonsters geproduceerd in verschillende laboratoria te vergelijken.Het VAMAS-project is een eerste cruciale stap in de ontwikkeling van een gestandaardiseerd protocol voor de karakterisering van grafeen met behulp van Raman-spectroscopie.”

Dr. Amaia Zurutuza, wetenschappelijk directeur bij Graphenea Semiconductor zei: “Dit was de eerste keer dat we deelnamen aan een internationale interlaboratoriumvergelijking, we vonden de ervaring zeer positief en we willen het cruciale belang van dit soort onderzoeken benadrukken. Het was ongelooflijk dat zulke ongelijksoortige waarden werden verkregen op dezelfde monsters. We zullen in de nabije toekomst zeker deelnemen aan een andere ILC.”