Tyndeste grafenark reagerer stærkt med hydrogenatomer; tykkere ark er relativt upåvirket

(Phys.org) - Et enkelt ark grafen, et mærkeligt materiale kun 1 atom tykt, er 100 gange mere kemisk reaktive end dobbelt- eller tredobbelt ark, Stanford -forskere siger i et nyt papir, der blev offentliggjort 17. januar i ACS Nano . Forstå grafens kemiske reaktivitet, de siger, er nøglen til at få dette unikke materiale til at fungere.

Graphen er en kyllingetrådlignende struktur af carbonatomer. Den meget ledende, super-let og super-stærkt materiale giver løfte om applikationer inden for computing, solenergi og kemisk sansning. Men materialeforskere driller stadig grafens bemærkelsesværdige egenskaber og potentielle anvendelser.

"Målet med grafensamfundet er at skræddersy grafens egenskaber, "sagde Stanfords postdoktorale fysiker Michael Neumann." De fleste af disse operationer involverer kemisk modificering af materialet, så du skal have en ide om, hvad grafens kemiske reaktivitet er, og hvilke faktorer der påvirker denne reaktivitet. "

Neumann og kandidatstuderende Georgi Diankov, begge medlemmer af David Goldhaber-Gordons fysikforskningsgruppe, bombarderet enkelt og flere ark grafen med stærkt reaktive hydrogenatomer genereret i en strøm af ladet gas, eller plasma.

Da de undersøgte grafen i Stanford Nanocharacterization Laboratory, de fandt noget overraskende. De enkelte lag af grafen var gennemsyret af ætsningsgrave, som schweizisk ost. Tykkere lag, endnu 1 atom tykkere, var næsten ikke pitted overhovedet. Etch gruber på de enkelte lag var flere end 100 til 1.

Gruberne skyldes, at carbonatomer i grafen reagerer med hydrogenatomer, formodentlig at skabe metanmolekyler, der løfter sig op og væk ud af grafenarket. Arkene hviler på et siliciumoxid "substrat, "som er en deltager i ætsningsreaktionen. Flerlagsark er mere beskyttet mod substratets virkning.

Forskerne lagde også mærke til, at et -etsegrave i et lag var cirkulære, mens de få ætsegrave fundet i tykkere lag var sekskantede. Hvorfor forskellen?

"Det korte svar er, vi ved det ikke rigtigt, "Neumann sagde, men han spekulerer i, at substratets deltagelse i ætsningsreaktionen kan være årsagen.

Graphene blev berømt opdaget i 2004 af forskere i England, der brugte tape til at fjerne enkelte lag grafen fra større grafitflager. Diankov og Neumann brugte den samme teknik til at forberede grafenprøver til deres eksperimenter.

De "eksfolierede" grafenark kan ses med et simpelt optisk mikroskop. Lagret på det grå siliciumsubstrat, grafen ligner overlappende mørke malestrøg.

Diankov er fascineret af grafens unikke egenskaber.

"Jeg er fascineret af todimensionale materialer-den usædvanlige kemi, mekaniske egenskaber, elektroniske egenskaber - og jeg vil udforske grafen som et godt modelsystem, " han sagde.

Stanfords faciliteter, ligesom Nanocharacterization Lab, fyldt med nanoskala billeddannelsesudstyr, gøre universitetet "til et af de bedste steder at lave kemi og fysik på nanoskalaen, "Sagde Diankov.

Næste, Neumann og Diankov vil teste grafenreaktivitet med forskellige substrater; de håber at inkludere et eksperiment uden overhovedet substrat.

Neumann indrømmer, at hans arbejde er fundamentalt og ikke har en umiddelbar effekt på hverdagen - dog.

"Mange nye teknologier afhænger af forskningsresultater, der er et par år, eller endda årtier, tidligere, "Neumann sagde." Vi er ret langt opstrøms. "