Graphene:Kan den nyeste form for kulstof laves til at bøje, Twist and Roll

(PhysOrg.com) - Can graphene - en nyopdaget form for rent kulstof, der en dag kan erstatte silicium i computere, fjernsyn, mobiltelefoner og andre almindelige elektroniske enheder - gøres til at bøje, vride og rulle?

Fysikere ved UC San Diego og Boston University mener det. I et papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang B , forskerne siger, at grafens tilbøjelighed - et enkelt lag kulstofatomer arrangeret i et bikagegitter - til at holde sig til sig selv og danne kulstof "nanoskroller", kunne styres elektrostatisk for at danne et utal af nye enheder.

I modsætning til kulnanorør - cylindriske molekyler af rent kulstof med nye egenskaber, der er blevet fokus for meget af opmærksomheden ved ny anvendelse inden for elektronik og materialeudvikling - bevarer kulnanoroller åbne kanter og har ingen hætter.

"Som resultat, nanoskroller kan ændre deres form og deres indre og ydre diametre, mens nanorør ikke kan, ”Sagde Michael Fogler, en lektor i fysik ved UCSD og den første forfatter til papiret.

Arbejder med Antonio Castro Neto, en fysikprofessor ved Boston University, og Francisco Guinea fra Institute of Materials Science i Madrid, forskerne foreslog konstruktion af en enhed, hvor de elektroniske egenskaber af grafen bruges til at rulle og afrulle nanoskrollen.

"Den enhed, vi forestiller os, er en grafen -nanoskroll, der kan oplades af strøm fra en nærliggende elektrode, ”Sagde Fogler. ”Jo mere ladet det bliver, jo mere den gensidige elektrostatiske frastødning af elektroner inde i rullen får den til at pakke ud. Så, spændingen på elektroden kan styre diameteren og antallet af spoler i rullen. ”

”Vi viser i dette papir, at den elektrostatiske kontrol af nanoskroller er meget mulig. De nødvendige spændinger er i det praktiske område. Da grafen er så let, indpakningen og udpakningen ville ske på en tidsskala på en billioner af et sekund. Så, ikke kun graden af ​​rulning kan kontrolleres, disse nano-elektromekaniske enheder vil også være ultrahurtige. ”

Fogler sagde, at sådanne nanoskroller kunne have en lang række applikationer, såsom aktuatorer, hvis operation ligner blink i ens øjne, ventiler i lab-on-a-chip-enheder og endda en form for elektronisk papir. Tidligere har andre forskere forsøgte at bygge rullemaskiner med tynde plastfilm, men de var enten for stive eller for skrøbelige til at fungere godt. I modsætning, nanoskroller lavet af grafen, som er mekanisk stærkere end noget andet materiale, man kender, ville være robust, alligevel forbliver ultralette og ultrafleksible. De ville også lede elektricitet mere end tusinde gange bedre end silicium.

Fogler sagde, at ideerne om at bruge grafens elektriske egenskaber til at ændre dets struktur, eller omvendt, er stadig ganske nye, og derfor kan de foreslåede enheder tage noget tid at udvikle. På kort sigt, forskere håber, at grafen, som er en optisk gennemsigtig leder af elektricitet, kunne bruges til at erstatte nuværende flydende krystalskærme, der anvender tynde metaloxidfilm baseret på indium, et sjældent metal, der bliver stadig dyrere og sandsynligvis vil være mangelvare inden for et årti.