Diagnostik af kvalitet af grafen og rumlig billeddannelse af reaktivitetscentre på kulstofoverfladen

En bekvem procedure til at visualisere defekter på grafenlag ved at kortlægge overfladen af ​​kulstofmaterialer med et passende kontrastmiddel blev introduceret af et team af forskere fra Zelinsky Institute of Organic Chemistry fra Det Russiske Videnskabsakademi (Moskva) involveret i et internationalt samarbejdsprojekt. En ny billeddannende tomografiprocedure har afsløret organiserede mønstre af defekter på store områder af kulstofoverflader. Flere typer defekter på kulstofoverfladen kan "fanges" og fanges på det mikroskopiske billede inden for få minutter. Artiklen, der beskriver forskningen, blev publiceret i Kemisk Videnskab , tidsskriftet for Royal Society of Chemistry.

Grafen og relaterede 2D-materialer forventes at blive århundredets forbindelser. Det er ikke overraskende - grafen er ekstremt tyndt og stærkt, og den har fremragende elektriske og termiske egenskaber. Virkningen af ​​et materiale med så unikke egenskaber er lovende. Forskere forudser den forestående fremkomst af nye biomedicinske applikationer, en ny generation af smarte materialer, højeffektiv lyskonvertering og fotokatalyse forstærket af grafen. Imidlertid, en anstødssten er, at mange unikke egenskaber og egenskaber kun er relateret til perfekt grafen med et kontrolleret antal defekter. Imidlertid, i virkeligheden, den ideelle defektfri grafenoverflade er svær at forberede, og defekter kan have forskellige størrelser og former. Ud over, dynamisk adfærd og udsving gør defekterne svære at lokalisere. Processen med at scanne store områder af grafenark for at opdage defekte steder og for at vurdere kvaliteten af ​​materialet er en tidskrævende opgave, og der er mangel på simple direkte metoder til at fange og visualisere defekter på kulstofoverfladen.

Et fælles forskningsprojekt udført af Ananikov og kolleger afslørede et specifikt kontrastmiddel - opløseligt palladiumkompleks - der selektivt binder sig til defekte områder på overfladen af ​​kulstofmaterialer. Pd-vedhæftning fører til dannelse af nanopartikler, som let kan detekteres ved hjælp af et rutinemæssigt elektronmikroskop. Jo mere reaktivt kulstofcentret er, jo stærkere er bindingen af ​​kontrastmidlet i billedbehandlingsproceduren. Dermed, reaktivitetscentre og defektsteder på en kulstofoverflade blev kortlagt i tredimensionelt rum med høj opløsning og fremragende kontrast ved hjælp af en praktisk nanoskala billedbehandlingsprocedure. Den udviklede procedure skelnede kulstofdefekter ikke kun på grund af forskelle i deres morfologi, men også på grund af varierende kemisk reaktivitet. Derfor, denne billeddannende tilgang gør det muligt at visualisere den kemiske reaktivitet med rumlig opløsning.

Kortlægning af kulstofreaktivitetscentre med "Pd-markører" gav unik indsigt i grafenlagenes reaktivitet. Som afsløret i undersøgelsen, mere end 2000 reaktive centre kan lokaliseres pr. 1 μm ² af overfladearealet af almindeligt kulstofmateriale. Undersøgelsen påpegede den rumlige kompleksitet af kulstofmaterialet på nanoskala. Kortlægning af overfladedefektdensitet viste betydelige gradienter og variationer på tværs af overfladearealet, som kan have organiserede strukturer af defekter.

Medicinsk anvendelse af billeddiagnostik (tomografi) til diagnostik, herunder brugen af ​​kontrastmidler for mere nøjagtighed og lettere observation, har bevist sin anvendelighed i mange år. Denne undersøgelse fremhæver en ny mulighed i tomografiapplikationer til at køre diagnostik af materialer på atomær skala.