08/08/2016
Door Ad Spijkers
Grafeen is een interessant materiaal dat wacht op industriële vervaardiging. Een eerste stap daartoe is gezet door onderzoekers in het Europese onderzoeksproject HEA2D.
Grafeen, koolstof in een tweedimensionale structuur, wordt sinds de ontdekking in 2005 als een mogelijk materiaal voor de toekomst beschouwd. Het lage gewicht, de extreme stijfheid maar vooral zijn hoge thermische en elektrische geleidbaarheid maken grafeen interessant om het voor volkomen nieuwe apparaten en technologieën te kunnen inzetten.
Het doel van HEA2D (Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen von 2D-Nanomaterialien) is het 2D-nanomateriaal vanaf een koperfolie door een rol-op-rol-methode over te dragen op kunststof folie en onderdelen. Op deze manier moet serieproductie van elektronische en opto-elektronische componenten op basis van grafeen mogelijk worden.
Met name de automobielindustrie is bijzonder geïnteresseerd in krachtige elektronica uit 2D-materialen. Ze wil deze materialen kunnen gebruiken in schakelaars met transparante geleiders, verlichte symbolen of daglichtsensoren. Maar ook in de energieopwekking en –opslag en in de medische techniek zijn toepassingen te vinden voor met grafeen gecoate folies en onderdelen.
Overdracht op kunststof
De partners in het onderzoeksproject HEA2D ontwikkelen een complete verwerkingsketen, die verschillende afscheidingsmethoden van 2D-materialen op metalen substraten, methoden voor de overdracht op polymeerfolies en de voor serieproductie geschikte overdracht op kunststof spuitgietdelen omvat.
De 2D-materialen kunnen door middel van CVD (Chemical Vapor Deposition) reeds op grote oppervlakken op koperfolie worden gemaakt.
Om ze geschikt te maken voor verdere verwerking via spuitgieten, onderzoekt het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) de overdracht op kunststoffolies. Voor een efficiënte en betaalbare overdracht van de tweedimensionale grafeenlagen op de polymeerfolie passen de onderzoekers in Aken een nieuw rol-op-rol-concept toe. Hier komen verschillende technische methoden in aanmerking, zoals het opbrengen met behulp van een gordijn van vloeibare polymeren met in-situ uitharding of het lamineren van transferfolies. Fraunhofer-IPT onderzoekt beide alternatieven in samenwerking met Coatema Coating Machinery. De grafeenmonsters voor de proeven worden vervaardigd door de Universität Duisburg-Essen.
De kwaliteit van het overdrachtsproces en het grafeen worden geanalyseerd door onderzoekers van Universität Siegen en Universität Duisburg-Essen, die eveneens meewerken aan het proces. Op basis van het experimentele onderzoek moet dan aan een volledig concept voor een efficiënte overdracht van grafeen op polymeersubstraten worden gewerkt.
Doelstelling van HEA2D
Het project moet uiteindelijk leiden tot een volledige procesketen voor de productie van met grafeen gecoate onderdelen. Dit gaat van de simulatie van de groei van het grafeen via CVD via de continue neerslag op grote metaalsubstraten in een rol-op-rol-proces tot en met de overdracht van het afgescheide materiaal op polymeerfolies en tot integratie van de folies in kunststof componenten door spuitgiet- en persprocessen. De ontwikkelingen tot de laatste processtap worden uitgevoerd met medewerking van het Kunststoff-Institut für mittelständische Wirtschaft NRW in Lüdenscheid. Penvoerder van het onderzoeksproject is Aixtron SE in Herzogenrath (foto: Fraunhofer-IPT).