GATES

Ο σκοπός της πρότασης του Ευρωπαϊκού συνεργατικού έργου GATES μέρος του οποίου είναι το ελληνικό έργο είναι να επιτευχθεί πειραματικά (σε επίπεδο TRL 4) η δημιουργία μιας νέας μεμβράνης βασισμένης στο CVD γραφένιο που θα είναι και εξαιρετικά επιλεκτική όσον αφορά το διαχωρισμό αερίων. Η κύρια ιδέα της πρότασης βασίζεται σε τεχνολογικά καινοτόμες ιδέες όσον αφορά τη δημιουργία των οπών. Οι διατάξεις που θα αναπτυχθούν θα είναι συμβατές με την τεχνολογία CMOS για να εξασφαλιστεί η δυνατότητα παραγωγής τους. Η βασική ιδέα για τη δημιουργία της διάταξης της μεμβράνης πειραματικά αποφεύγει ένα από τα κύρια επισφαλή
στάδια στην τεχνολογία γραφενίου που είναι η μεταφορά ενός μονοστρώματος μετά την ανάπτυξή του. Το στάδιο της μεταφοράς είναι δύσκολο βιομηχανικά καθώς έχει σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία σημαντικών μακροσκοπικών ατελειών που περιορίζουν σε μεγάλο βαθμό την απόδοση της μεμβράνης. Η φιλοδοξία της πρότασης GATES είναι να αναπτύξει και να επιδείξει μια τεχνολογία δημιουργίας μεμβράνης χωρίς μεταφορά του γραφενίου που είναι συμβατή με την τεχνολογία CMOS. Στην τελική διάταξη δύο μέρη θα στοιβάζονται για την αύξηση της επιλεκτικότητας προσθέτοντας καμπυλότητα. Για να επιτευχθεί πολύ υψηλή επιλεκτικότητα, πρέπει να δημιουργηθούν οπές με μέγεθος της τάξης του νανομέτρου. Οι αρχικές πυριδινικές ή πυρολικές ελλείψεις (vacancies) στο μονο-στρώμα γραφενίου θα δημιουργηθούν μέσω προσμίξεων αζώτου χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνολογίες πλάσματος. Και στις δύο περιπτώσεις η στατιστική των μεγεθών και των σχημάτων των πόρων θα
μελετηθεί με μικροσκοπία ΤΕΜ που θα πραγματοποιηθεί από ομάδες που συμμετέχουν στην κοινοπραξία του έργου. Η μελέτη αυτή θα προσφέρει τις παραμέτρους εισόδου για τη μοντελοποίηση της απόδοσης της μεμβράνης.Επιπλέον θα χρησιμοποιηθούν και άλλες συμπληρωματικές τεχνικές χαρακτηρισμού, όπως φασματοσκοπία RAMAN και XPS για να κατανοηθούν σε βάθος οι ιδιότητες των μεμβρανών. Στο έργο, οι ιδιότητες που αφορούν τη διαπερατότητα του γραφενίου χωρίς προσμίξεις με διάφορων τύπων ατέλειες, με προσμίξεις αζώτου, και με προσθήκη διαφόρων χημικών ομάδων (functionalization) θα μελετηθούν με
θεωρητικά μοντέλα και αυτό αποτελεί τη βασική ερευνητική δραστηριότητα του Ελληνικού υποέργου που υλοποιείται στο ΕΙΕ. Σε τελικό στάδιο, θα μελετηθεί θεωρητικά η διαπερατότητα γραφενίου διπλού στρώματος. Η θεωρητική μοντελοποίηση θα υποστηρίξει την πειραματική έρευνα και θα χρησιμοποιηθεί για τον καθορισμό της βέλτιστης δομής για τον καλύτερο συνδυασμό διαπερατότητας και επιλεκτικότητας. Σκοπό της πρότασης GATES αποτελεί επίσης η εκτίμηση του ρόλου των οπών σε όρια στοιχείων (grain boundaries) με την προσομοίωση της διαπερατότητας τοπικών διαμορφώσεων π.χ. πενταγόνων/επταγόνων. Η ανάπτυξη μιας τέτοιας μεμβράνης γραφενίου και η εφαρμογή της στην ανίχνευση διαρροών (leak detection) θα προσφέρει ένα σημαντικό καινοτόμο προϊόν για χρήση σε τεχνολογικές εφαρμογές, παρέχοντας μια εξαιρετικά φορητή / ολοκληρωμένη συσκευή με πολύ μικρό χρόνο απόκρισης.