Klip og indklistring med grafen

Til dato har det vist sig meget vanskeligt at omsætte løfterne fra mirakelmaterialet grafen til praktiske anvendelser. Amedeo Bellunato, Ph.D. kandidat ved Leiden Institute of Chemistry, har udviklet en metode til at skære grafen i mindre fragmenter ved hjælp af en diamantkniv. Han kan derefter konstruere nanostrukturer fra fragmenterne. Ph.D. forsvar 11. december.

Grafen er en bikagestruktur af kulstofatomer, der kun er et enkelt atom tykt. Efter opdagelsen i 2004, det så ud til at være det ideelle grundmateriale til nanoteknologiske anvendelser:det er superstærkt, og det er en usædvanlig god leder af både varme og elektricitet. I 2013 lancerede EU Graphene Flagship, et forskningsprogram med et budget på en milliard euro til at udvikle sådanne applikationer som mere effektive solceller, LED'er, batterier og alle slags sensorer.

Imidlertid, i sin afhandling, Bellunato udtaler, at fremstilling af sådanne nanostrukturer stadig er en ekstremt kompleks produktionsproces, som ikke egner sig godt til serieproduktion. Også, det har vist sig næsten umuligt at selektivt funktionalisere grafen kemisk, at forbinde andre kemiske elementer, såsom oxygen- eller nitrogenatomer, til kanterne af en grafen nanostruktur. Det er vigtigt at kunne gøre dette for at gøre grafen til et alsidigt nanomateriale med flere anvendelser.

Grafen sandwich

Inspireret af tidligere eksperimenter, Bellunato besluttede at tage en anden tilgang, nemlig at tage en sandwich af plastik og metal med et lag grafen i midten, og bogstaveligt talt at skære det i fragmenter. Han gør dette ved hjælp af en mikrotom, en diamantkniv, der kan skære fragmenter med nanometerpræcision.

I forkanten af ​​sandwichen, en helt ren, en atom-tyk kant af grafen er blotlagt, hvortil andre atomer eller molekyler kan forbindes med kemiske midler. Grafenskiven kan også forbindes til en elektrisk strøm, gør det til en elektrokemisk celle. Dette kan sammenlignes med den elektrokemiske belægning af et metal, men så på nanoskala, da kun kanten af ​​grafenen er belagt. Bellunato var også i stand til at bygge en sandwich af nanoporer og nanogaps af grafen ved hjælp af mikroskopisk tynde strimler.

Det viste sig også muligt at lave et såkaldt tunnelkryds. Dette sker mellem to elektriske ledere, når de er inden for et par nanometer fra hinanden på et bestemt punkt. En lille strøm kan så flyde mellem de to ledere. Da energistrømmen er meget følsom over for afstanden mellem lederne, denne tunneleffekt danner grundlaget for alle slags ekstremt følsomme sensorer.

Bellunato:"Dette tunnelkryds er ikke nyt. Det er et spørgsmål om at forfine teknikken, og så skulle den have praktiske anvendelser inden for fem år eller deromkring." Den ukonventionelle teknik, som han udviklede, vil ikke primært blive brugt i forbrugerprodukter, han forventer, men snarere i avancerede forskningsinstrumenter.