Grafen:Imponerende egenskaber i horisonten

Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), sammen med andre finansieringsorganer, hjalp et forskerhold fra Rice University med at gøre grafen velegnet til en række organisk kemiapplikationer - især løftet om avancerede kemiske sensorer, elektroniske kredsløb og metamaterialer i nanoskala.

Lige siden University of Manchester Andre Geim og Konstantin Novoselov modtog Nobelprisen i fysik i 2010 for deres banebrydende grafeneksperimenter, der har været en eksplosion af grafenrelaterede opdagelser; men grafeneksperimenter havde været i gang i årtier, og mange ultimative grafenassocierede gennembrud var allerede godt i gang i forskellige laboratorier, da Nobelkomiteen anerkendte betydningen af ​​dette nye vidundermateriale.

Og et sådant laboratorium var Dr. James Tour's at Rice, hvis team fandt en måde at fastgøre forskellige organiske molekyler til ark af grafen, gør den velegnet til en række nye anvendelser. Startende med grafens todimensionelle atomare skala honeycomb gitter af carbonatomer, Rice-teamet byggede på tidligere opdagelser i grafensamfundet for at omdanne graféns struktur med ét ark til et supergitter.

Mens kulstof er en nøgledel i de fleste organiske kemiske reaktioner, grafen udgør et problem ved, at det spiller en inert rolle - ikke reagerer på organiske kemiske reaktioner. Rice-holdet løste dette dilemma ved at behandle grafen med brint. Denne klassiske hydrogeneringsproces omstrukturerede grafen-bikagegitteret til et todimensionelt, halvledende supergitter kaldet grafan.

Hydrogeneringsprocessen kan derefter skræddersyes til at lave særlige mønstre i supergitteret, der skal følges af vedhæftning af missionsspecifikke molekyler til, hvor disse brintmolekyler er placeret. Disse missionsspecifikke molekylære katalysatorer giver mulighed for en lang række funktioner. De kan ikke kun bruges som grundlag for at skabe grafen-baseret organisk kemi, men skræddersyet til elektronik- og optikapplikationer, samt nye typer metamaterialer til nanokonstruktion af højeffektive termoelektriske enheder og sensorer til forskellige kemikalier eller patogener. Skønheden ved denne proces er det løfte, den indebærer for fremtidige enheder med evnen til effektivt at udføre en lang række meget sofistikerede funktioner i en lille, overkommelig enhed.

Dr. Charles Lee, AFOSR-programlederen, der finansierede denne forskning, bemærker, at grafenkemi generelt kan muliggøre smarte materialer til mange specielle applikationer, og at denne seneste indsats især kan bidrage til fremtidige elektronikapplikationer og kan være en måde at nå frem til hurtigere og mindre energiforbrugende elektronik.