Onderzoekers van het Amerikaanse Massachusetts Institute of Technology (MIT) laten zien dat verschillende verschijningsvormen van steenkool geschikt zijn om elektronische componenten van te maken. Ook hebben ze mogelijke maakprocessen beschreven. Grote voordeel boven silicium is dat steenkool zonder dure zuiveringsstap al bruikbaar zou kunnen zijn.
De laatste jaren worden we overspoeld met berichten over het wondermateriaal grafeen, dat voor zo’n beetje alle toepassingen in de micro-elektronica geschikt zou zijn (lees bijvoorbeeld de artikelen Grafeenbelofte en Inkt met grafeen voor flexibele elektronica). Grafeen is een enkele laag van zeer regelmatig gerangschikte koolstofatomen.
Ruwe steenkool
Nu blijkt dat ruwe steenkool mogelijk ook bruikbaar is voor het maken van elektronica. In de grond zitten trouwens honderden mogelijke varianten, waarvan de onderzoekers er vier bekeken: antraciet, ligniet (bruinkool) en twee varianten die op asfalt lijken. Centraal in het onderzoek van MIT staat het ontwikkelen van een manier om uit de ruwe steenkool bruikbare dunne films te maken.
Koolpoeder
Hiervoor ontwikkelden de onderzoekers een reeks van stappen, te beginnen met het malen van de steenkool. Het vermalen koolpoeder stopten de MIT'ers in een oplossing, waarna ze deze aanbrachten op een substraat. Na verhitten ontstond een dunne film – een stap die bekend is uit de halfgeleiderindustrie. Van een dergelijke dunne film is het relatief gemakkelijk om de materiaaleigenschappen te bepalen.
Ze bekeken de vier varianten in pure vorm. Daaruit bleek dat de elektrische geleidbaarheid afhankelijk van het materiaal zeven ordegroottes kan verschillen (een factor tien miljoen). De onderzoekers ontdekten verder dat de temperatuur waarmee zo’n dunne film werd behandeld, een grote invloed had op de optische en elektrische eigenschappen van het materiaal.
Goedkoop
Het grootste voordeel boven het veel in elektronische toepassingen gebruikte silicium is dat steenkool veel goedkoper is. Wellicht is het al bruikbaar zonder dure zuiveringsstap, zoals bij silicium wel nodig is. Verder zijn de eigenschappen dus instelbaar met de verwerkingstemperatuur en is het materiaal stevig en stabiel.
De MIT-onderzoekers hebben ook al het eerste echte apparaatje gebouwd met de dunnefilmsteenkool: een eenvoudig verwarmingselement, dat tot 285 °C kon verwarmen zonder uit elkaar te vallen.
Laat duidelijk zijn dat dit onderzoek nog in de beginfase zit. Het is zeker niet zo dat we over twee jaar laptops kunnen kopen met een processor van steenkool. Maar het is wel bijzonder dat een op het oog laagwaardig materiaal nu wordt gebruik voor hoogwaardige elektronische toepassingen.
ExxonMobil
Overigens is het onderzoek van de Amerikanen deels gesponsord door oliemaatschappij ExxonMobil. Dat ziet de bui natuurlijk ook al hangen: de wereld wil af van het verbranden van steenkool en er zijn dus dringend nieuwe en schonere toepassingen gewenst voor het gebruik ervan.
Verder lezen
Persbericht van MIT: Making electronics out of coal
Artikel in vaktijdschrift NanoLetters: Rethinking Coal: Thin Films of Solution Processed Natural Carbon Nanoparticles for Electronic Devices
Foto's: Massachusetts Institute of Technology
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.