Kemisk tilpasset grafen

Graphene betragtes som et af de mest lovende nye materialer. Imidlertid, systematisk indsættelse af kemisk bundne atomer og molekyler for at kontrollere dets egenskaber er stadig en stor udfordring. Nu, for første gang, forskere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, universitetet i Wien, det lykkedes Freie Universität Berlin og University Yachay Tech i Ecuador at præcist verificere sådanne forbindelsers spektrale fingeraftryk i både teori og eksperiment. Deres resultater offentliggøres i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

To-dimensionel grafen består af enkelte lag carbonatomer og udviser spændende egenskaber. Det transparente materiale leder ekstremt godt elektricitet og varme. Det er på samme tid fleksibelt og solidt. Derudover den elektriske ledningsevne kan kontinuerligt varieres mellem et metal og en halvleder ved, f.eks., indsættelse af kemisk bundne atomer og molekyler i grafenstrukturen-de såkaldte funktionelle grupper. Disse unikke egenskaber tilbyder en lang række fremtidige applikationer som f.eks. til ny udvikling inden for optoelektronik eller ultrahurtige komponenter i halvlederindustrien. Imidlertid, en vellykket brug af grafen i halvlederindustrien kan kun opnås, hvis egenskaber som konduktivitet, størrelsen og defekterne af grafenstrukturen induceret af de funktionelle grupper kan allerede moduleres under syntesen af ​​grafen.

I et internationalt samarbejde opnåede forskere ledet af Andreas Hirsch fra Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg i tæt samarbejde med Thomas Pichler fra Wien-universitetet et afgørende gennembrud:ved hjælp af sidstnævntes nyudviklede eksperimentelle set-up, de var i stand til at identificere, for første gang, vibrationsspektre som de specifikke fingeraftryk af trin-for-trin kemisk modificeret grafen ved hjælp af lysspredning. Denne spektrale signatur, hvilket også teoretisk blev bevist, gør det muligt at bestemme typen og antallet af funktionelle grupper på en hurtig og præcis måde. Blandt de reaktioner, de undersøgte, var den kemiske binding af hydrogen til grafen. Dette blev implementeret ved en kontrolleret kemisk reaktion mellem vand og bestemte forbindelser, hvor ioner indsættes i grafit, en krystallinsk form for kulstof.

Yderligere fordele

"Denne metode til in-situ Raman-spektroskopi er en yderst effektiv teknik, der gør det muligt at kontrollere grafens funktion hurtigt, kontaktfri og omfattende måde allerede under produktionen af ​​materialet, "siger J. Chacon fra Yachay Tech, en af ​​de to hovedforfattere af undersøgelsen. Dette muliggør produktion af skræddersyede grafenbaserede materialer med kontrollerede elektroniske transportegenskaber og deres anvendelse i halvlederindustrien.