Grafeen repareert gaten door zichzelf weer aan elkaar te breien, zeggen natuurkundigen

De grafeenrevolutie staat voor de deur. Als we de visionairs moeten geloven, zal de volgende generatie van min of meer alles gebaseerd zijn op dit wondermateriaal: sensoren, actuatoren, transistors en informatieprocessors enzovoort. Er lijkt weinig dat grafeen niet kan doen.

Maar er is één vlieg in de zalf. Niemand heeft tot nu toe bedacht hoe grafeen in grote, betrouwbare hoeveelheden kan worden gemaakt of hoe het te snijden en te laten groeien tot de vormen die nodig zijn voor de volgende generatie apparaten.

Dat komt grotendeels omdat het lastig is om iets in een laag van slechts één atoom dik te laten groeien. Maar voor koolstof is het des te moeilijker vanwege de affiniteit van dit element met andere atomen, inclusief zichzelf. Een carbonvel krult zich graag op en vormt een buis of een bal of een meer exotische vorm. Het zal ook reageren met andere atomen in de buurt, wat groei voorkomt en zelfs grafeen kan scheuren.

Dus een beter begrip van de manier waarop een grafeenblad met zichzelf en zijn omgeving interageert, is cruciaal als natuurkundigen dit spul ooit willen temmen.

Betreed Konstantin Novoselov van de Universiteit van Manchester en een paar vrienden die meer dan een paar uur hebben doorgebracht met het staren naar grafeenplaten door een elektronenmicroscoop om te zien hoe het zich gedraagt.

Tegenwoordig zeggen deze jongens dat ze hebben ontdekt waarom grafeen zo onvoorspelbaar lijkt. Het blijkt dat als je een gaatje maakt in grafeen, het materiaal zich automatisch weer aan elkaar breit.

Novoselov en co deden hun ontdekking door kleine gaatjes in een grafeenvel te etsen met behulp van een elektronenstraal en te kijken wat er daarna gebeurt met een elektronenmicroscoop. Ze voegden ook een paar atomen palladium of nikkel toe, die de dissociatie van koolstofbindingen katalyseren en binden aan de randen van de gaten waardoor ze stabiel worden.

Ze ontdekten dat de grootte van de gaten afhing van het aantal metaalatomen dat ze hadden toegevoegd - meer metaalatomen kunnen grotere gaten stabiliseren.

Maar hier is het merkwaardige. Als ze ook extra koolstofatomen aan de mix toevoegden, verdrongen deze de metaalatomen en breiden ze de gaten weer aan elkaar.

Novoselov en co zeggen dat de structuur van het gerepareerde gebied afhangt van de vorm waarin de koolstof beschikbaar is. Dus als ze beschikbaar zijn als koolwaterstof, bevatten de reparaties meestal niet-hexagonale defecten waar vreemde atomen de structuur zijn binnengekomen.

Maar wanneer de koolstof in pure vorm beschikbaar is, zijn de reparaties perfect en vormen ze ongerept grafeen.

Dat is belangrijk omdat het meteen een manier suggereert om grafeen in bijna elke vorm te laten groeien met behulp van de zorgvuldige injectie van metaal- en koolstofatomen.

Maar er staan ​​ons grote uitdagingen te wachten. Een belangrijke vraag is hoe snel deze processen plaatsvinden en of ze kunnen worden gecontroleerd met de precisie en betrouwbaarheid die nodig zijn voor de fabricage van apparaten.

Novoselov is een wereldleider op dit gebied en de gezamenlijke ontvanger van de Nobelprijs voor natuurkunde in 2010 voor zijn vroege werk aan grafeen. Hij en zijn team zijn goed ingesteld om deze en diverse aanverwante vragen op te lossen.

Maar met de toekomst van computergebruik (en bijna al het andere) op het spel, zullen er ongetwijfeld genoeg concurrenten op de hielen zitten.

Referentie: arxiv.org/abs/1207.1487 : Grafeen breit opnieuw zijn gaten

zich verstoppen