Defekt i grafen kan byde på en buket af muligheder

(PhysOrg.com) - En klasse af dekorative, blomsterlignende defekter i nanomaterialet grafen kan have potentielt vigtige virkninger på materialets allerede unikke elektriske og mekaniske egenskaber, ifølge forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) og Georgia Tech. I et nyt papir, holdet for første gang beskriver en familie på syv defekter, der kan forekomme naturligt eller blive foranlediget til at forekomme i grafen, hvoraf den ene allerede er observeret.

Graphene er kendt for sin styrke og ledningsevne, som begge er et resultat af dets struktur. For det meste, grafen er et funktionsløst plan af carbonatomer arrangeret i et bikagegitter.

Ifølge NIST Fellow Joseph Stroscio, defekter kan forekomme på grund af bevægelsen af ​​carbonatomerne ved høje temperaturer ved fremstilling af grafen ved opvarmning af siliciumcarbid under ultrahøjt vakuum. Det nemmeste, dvs. kræver mindst mulig energi, omlægninger, grafen kan foretage, er at skifte fra seks-led carbonringe til ringe, der indeholder fem eller syv atomer, som holder alle kulstofatomer glade uden nogen tilfredse bindinger. NIST -forskerne har opdaget, at sammenlægning af fem og syv medlemsringe sammen i lukkede sløjfer skaber en ny type defekt eller korngrænseslynge i bikagegitteret.

Ifølge NIST -forsker Eric Cockayne, fremstillingsprocessen spiller en stor rolle i at skabe disse fejl.

"Da grafen dannes under høj varme, dele af gitteret kan løsne og rotere, "Cockayne siger." Da grafen afkøler, disse roterede sektioner forbinder igen med gitteret, men på en uregelmæssig måde. Det er næsten som om pletter af grafen blev skåret ud med en saks, drejet med uret, og lavet til at passe tilbage på det samme sted, bare det passer virkelig ikke, derfor får vi disse blomster. "

Det ekstremt stive gitter er allerede stærkere end stål, men fejlene tillader det måske lidt fleksibilitet, gør det endnu mere modstandsdygtigt over for rive eller brud.

Med flere eksperimenter, Cockayne siger, forskere bør være i stand til at korrelere udseendet af defekter med variationer i vækstbetingelser, som skulle gøre det muligt enten helt at undgå defekter eller producere dem efter eget ønske.

I øvrigt, mens blomsterdefekten består af seks par fem- og syvatomringe, Cockayne og NIST-teamets modellering af grafens atomstruktur tyder på, at der kan være en sand buket blomsterlignende konfigurationer. Disse konfigurationer - i alt syv - ville hver have deres egne unikke mekaniske og elektriske egenskaber.