Raman spektralbåndsoscillationer i store grafenbobler

Et team af forskere ved Center for Multidimensionale kulstofmaterialer, inden for Institute for Basic Science (IBS) har målt og kontrolleret temperaturen på individuelle grafenbobler med en enkelt laserstråle for første gang. Undersøgelsen er nu tilgængelig fra kl Fysiske anmeldelsesbreve .

Den meget elastiske og fleksible karakter af grafen giver mulighed for at skabe stabile store bobler, mere eller mindre kontrolleret. Belastningen og krumningen, der indføres af boblerne, vides at stemme elektronikken, kemisk, og mekaniske egenskaber af dette materiale. Generelt, grafenbobler er mere reaktive end flad grafen, så de kan være mere tilbøjelige til at blive dekoreret med kemiske grupper. Bobler kan tjene som små, lukkede reaktorer, og deres buede overflade kan give en linseeffekt. At forstå, hvordan temperaturen varierer inden for bobler, er en vigtig faktor for flere applikationer.

"Hvis du tror, ​​at kemiske reaktioner kan udføres inde i boblen eller på overfladen af ​​hver grafenboble, så vil ændring af temperaturfordelingen i en boble have væsentlig indflydelse på de reaktioner, der finder sted, " siger Yuan Huang, undersøgelsens første forfatter.

I dette studie, bobler dannes ved grænsefladen mellem en grafenplade og et silica (SiO2/Si) substrat, det ligger på. SiO2-overfladen tiltrækker nogle molekyler, der fordamper, når de opvarmes, skabe bobler.

Som også forudsagt af teamets teoretikere, Xiao Wang og Feng Ding, temperaturen svinger med boblehøjden. Selvom hver boble kun er flere mikrometer i bredden og omkring en mikrometer i højden, forskerne kunne opdage en variation i temperatur, ikke kun mellem midten og kanterne, men også i forskellige højder af boblen.

Når en grafenboble belyses med en laserstråle, indfaldende og reflekterede stråler overlapper hinanden og danner en optisk stående bølge på overfladen. Forøgelse af lasereffekten har den virkning, at specifikke områder af boblen opvarmes selektivt, som svarer til den maksimale interferens for den stående optiske bølge. IBS -forskere opdagede lokale temperaturændringer inden for hver boble ved hjælp af Raman -spektroskopi, en standardteknik til at måle grafenkarakteristika og morfologi.

"Stående bølger nær overflader er blevet ignoreret i lang tid og er kun sjældent blevet observeret på en direkte måde. Resultaterne er overraskende. Laserstrålen kan effektivt opvarme grafen, og vi kan bestemme den termiske ledningsevne i grafenbobler ud fra dens temperaturfordeling, " forklarer Wolfgang Bacsa, et af holdets medlemmer, og gæsteforsker fra CEMES-CNRS og University of Toulouse i Frankrig.

"Disse resultater bekræfter den høje termiske ledningsevne af grafen tidligere målt, demonstrere den fremragende vedhæftning rundt om grafenboblens omkreds, og give nye perspektiver på, hvordan man opvarmer grafenbobler på bestemte steder, " slutter Rod Ruoff, medforfatter og direktør for Center for Multidimensional Carbon Materials. "Jo mere vi ved om grafenboblernes fysiske egenskaber, jo mere kan vi måske gøre brug af dem på forskellige måder."

For eksempel, en spændende applikation kunne være skabelsen af ​​grafenark med cirkulære huller, som et "polkaprikket" mønster. Da overophedning af boblerne får dem til at briste, porerne dekoreret med specifikke kemiske grupper kunne fungere som molekylært selektive filtre. Grafens unikke egenskaber holder aldrig op med at forbløffe.