En nem måde at se verdens tyndeste materiale på

Det er blevet brugt til at farve Chicago River grøn på St. Patrick's Day. Det er blevet brugt til at finde latente blodpletter på gerningssteder. Og nu har forskere ved Northwestern University brugt det til at undersøge det tyndeste materiale i verden.

Det nyttige værktøj er farvestoffet fluorescein, og Jiaxing Huang, assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved McCormick School of Engineering and Applied Science, og hans forskergruppe har brugt farvestoffet til at skabe en ny billedbehandlingsteknik til at se grafen, et 1-atom tykt ark, som forskerne mener kunne bruges til at producere billig kulstofbaseret gennemsigtig og fleksibel elektronik.

Deres resultater blev for nylig offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

At være verdens tyndeste materialer, grafen og dets derivater såsom grafenoxid er ret udfordrende at se. Nuværende billeddannelsesmetoder for grafenmaterialer involverer typisk dyre og tidskrævende teknikker. For eksempel, atomkraftmikroskopi (AFM), som scanner materialer med en lille spids, bruges ofte til at få billeder af grafenmaterialer. Men det er en langsom proces, der kun kan se på små områder på glatte overflader. Scanning elektronmikroskopi (SEM), som scanner en overflade med højenergielektroner, virker kun, hvis materialet placeres i vakuum. Nogle optiske mikroskopimetoder er tilgængelige, men de kræver brug af specielle substrater, også.

"Der er virkelig ingen gode teknikker, der er generelle nok til at imødekomme de forskellige billedbehandlingsbehov i forskning og udvikling af denne gruppe af nye materialer, Huang siger. "F.eks. folk har foreslået at lægge grafenmaterialer på plastikplader til fleksibel elektronik, men at se dem på plastik har været meget udfordrende. Hvis man ikke kan undersøge disse materialer, kvalitetskontrol bliver vanskelig."

Fluorescerende mærkning er blevet brugt rutinemæssigt til at afbilde biologiske prøver, typisk ved at bruge fluorescerende farvestoffer, der får genstandene af interesse til at lyse op under et fluorescensmikroskop. Men sådan en teknik virker ikke for grafenmaterialer på grund af en mekanisme kaldet fluorescensslukning:de kan "slukke" fluorescensen af ​​nærliggende farvestofmolekyler.

"Så vi tænkte, hvad med at vi bare putter farvestof overalt?" siger Huang. "På den måde, hele baggrunden lyser op, og hvor end du har grafen, vil det være mørkt. Det er en omvendt strategi, der viser sig at fungere smukt."

Da Huang og hans gruppe coatede en grafenprøve med fluorescein og satte den under et fluorescensmikroskop - en meget billigere, let tilgængeligt instrument - de fik billeder lige så klare som dem, der blev erhvervet med AFM og SEM.

Holdet navngav deres nye teknik fluorescensdæmpende mikroskopi (FQM). "Da (kandidatstuderende) Jaemyung første gang viste mig FQM-billederne af grafenmaterialer, "Huang siger, "Jeg blev narret af de levende detaljer og troede, det var SEM- eller AFM-billeder."

Ud over, gruppen fandt ud af, at FQM kan visualisere grafenmaterialer i opløsning. "Ingen har været i stand til at demonstrere dette før, " siger Huang. Farvestoffet kan også tilsættes fotoresistmaterialer, så grafenplader kan ses under fotolitografi. De fandt også ud af, at farvestoffet nemt kunne vaskes af uden at forstyrre selve arkene.

"Det er en enkel og snavs-billig metode, der fungerer overraskende godt i mange situationer, " siger Huang.