Cornell -forskere gennemgår grafens fremtid

(PhysOrg.com) - Graphene er en slags videnskabelig rockstjerne, med utallige grupper, der studerer sine fantastiske elektriske egenskaber og trækstyrke og drømmer om applikationer lige fra fladskærme til elevatorer i rummet.

Enkeltlags carbonpladernes stjernekvaliteter forstås kun lige i al deres kapacitet, siger forskere på Cornell - og forskere kan drømme stort (eller rettere sagt, meget lille) når det kommer til alt hvad grafen kan tilbyde.

Det er, hvad forskere i laboratoriet af Harold Craighead, Charles W. Lake professor i teknik, sige i en online anmeldelseartikel i American Vacuum Society, 9. september, om grafens nutid og fremtid. Artiklen lavede forsiden af ​​det trykte tidsskrift og blev hurtigt et af dets mest downloadede stykker.

"Det bliver klart, at med moderne fremstillingsteknikker, du kan forestille dig at gøre grafen til en teknologi, "sagde Robert A. Barton, kandidatstuderende og hovedforfatter. "Folk fokuserer ofte på de elektroniske applikationer af grafen, og de tænker ikke så meget over dets mekaniske anvendelser. "

Det er netop dette område, hvor Cornell har produceret noget banebrydende arbejde. Især Craighead -gruppen, i samarbejde med andre, herunder Jiwoong Park, adjunkt i kemi og kemisk biologi, og Paul McEuen, Goldwin Smith -professoren i fysik, har brugt grafen i nanoelektromekaniske systemer (NEMS), analog med en tidligere generations mikroelektromekaniske systemer (MEMS).

"Vi har bevæget os ud over at arbejde med små eksfolierede flager og mere med dyrkede materialer, der kan inkorporeres og forbindes med elektronik og anden mekanik, "Sagde Craighead." Så spørgsmålet er, kan du lave disse pålideligt, ensartet og reproducerbart? "

Det var kun et par år siden, at forskere fandt ud af, hvordan man lavede arrays af hundredtusinder af grafen -enheder ved hjælp af en proces kaldet kemisk dampaflejring. Dette indebærer at dyrke enkeltlagsplader af bikagegitterede carbonatomer oven på kobber, derefter manipulere grafen til at lave enheder.

En af Cornell -forskernes anordninger er som et tromlehoved - et stykke grafen, et atom tykt, hængende over en hul brønd. Selvom væksten af ​​grafen ved kemisk dampaflejring på kobber blev opfundet andre steder, Cornell-forskere var de første til at finde ud af, hvordan man fremstiller mekaniske resonatorer af det store område.

"For fire år siden kunne vi lave omkring en, og det tog flere måneder, "Barton sagde. Fremskynde fremstillingsprocessen har i høj grad øget grafens potentiale i enheder.

I Cornell, Barton og kolleger arbejder på at lave massesensorer ud af grafen, som er atomisk struktureret, så den er følsom over for både masse og elektrisk ladning. Det kan resultere i, at en smule masselanding på en overflade af suspenderet grafen vil forstyrre den mekaniske og elektroniske struktur samtidigt, analog med nutidens massespektrometri, men på et meget mindre og mere følsomt niveau, Forklarede Barton.

Cornell -forskerne bruger optisk interferometri til at overvåge bevægelsen af ​​et ark grafen. I denne teknik, de subtile enhedsbevægelser læses som variationer i reflekteret lysintensitet, som overvåges af en hurtig fotodiode forbundet til en spektrumanalysator. En anden gruppe på Cornell, ledet af McEuen, tidligere havde udviklet en måde at "aflæse" carbon nanorør, en teknik, der også kan gælde grafen, Sagde Barton.

Grafens hurtige fremskridt gør fremtiden meget spændende, Sagde Craighead.

"Graphene er gået fra en underlighed i et fysiklaboratorium til noget, der praktisk talt kan inkorporeres i en række potentielle enheder, "sagde han." Evnen til at fremstille ting på disse måder, at integrere dem og bruge dem til forskellige typer sensorer, fysisk og kemisk, er et skridt fremad på kort tid, og vores gruppe er en af ​​de mange, der har bidraget til dette. "