Billedteknik giver link til innovative produkter

Når vi tænker på forbindelserne til fremtiden – den globale overgang til sol- og vindenergi, taktil virtual reality eller syntetiske neuroner – der er ingen mangel på store ideer. Det er materialerne til at udføre de store ideer – evnen til at fremstille lithium-ion-batterier, optoelektronik og brintbrændselsceller - der står mellem koncept og virkelighed.

Indtast todimensionelle materialer, det seneste skridt i innovation. Består af et enkelt lag af atomer, todimensionelle materialer som grafen og phosphoren udviser nye egenskaber med vidtrækkende potentiale. Med en evne til at blive kombineret som legoklodser, disse materialer tilbyder forbindelser til fremtidige produkter, herunder nye midler til at formidle både magt og mennesker, med mere effektiv energitransmission, og sol- og vinddrevne køretøjer på veje og i himmelen.

En undersøgelse ledet af forskere fra University of Georgia annoncerer den vellykkede brug af en ny nanobilledteknik, der vil give forskere mulighed for at teste og identificere disse materialer på en omfattende måde på nanoskala for første gang. Nu, der er en måde at eksperimentere med nye materialer til vores store ideer på en virkelig, virkelig lille skala.

"Fundamental videnskab - småskala elektrisk ledningsevne, lysemission, strukturelle ændringer - sker på nanoskala, sagde Yohannes Abate, Susan Dasher og Charles Dasher MD professor i fysik ved Franklin College of Arts and Sciences og hovedforfatter på det nye papir. "Dette nye værktøj giver os mulighed for at visualisere alt dette kombineret med hidtil uset specificitet og opløsning."

"Da vi ikke kan se atomer med traditionelle metoder, vi var nødt til at opfinde nye værktøjer til at visualisere dem, " sagde han. Den hyperspektrale billeddannelsesteknik gør det muligt for forskere at inspicere elektriske egenskaber, optiske egenskaber, og de mekaniske egenskaber ved den fundamentale længdeskala, samtidigt.

Den hyperspektrale billeddannelsesforskning er støttet af tilskud fra United States Air Force og National Science Foundation. Forskerne skabte et et-atom tykt ark af to slags halvledere syet sammen, ligner at samle et atomar Lego, med egenskaber, der ikke findes i traditionelle tykke materialer. Med enkeltatom-tykke krystaller, hvert atom er bogstaveligt talt blotlagt på overfladen, kombinere atomare egenskaber, der resulterer i nye egenskaber.

"Kernen i materialevidenskab er behovet for at forstå grundlæggende egenskaber ved nye materialer, ellers er det umuligt at udnytte deres unikke egenskaber, " sagde Abate. "Denne teknik bringer os et skridt tættere på at kunne bruge disse materialer til en række potentielle anvendelser."

Disse omfatter forskellige former for elektronik eller lys-emitterende systemer. Hvordan man verificerer effekten af ​​meget små ændringer i atomsammensætning, ledningsevne og lysrespons af enkeltatom-tykke materialer har været udfordringen indtil nu, sagde Abate.

Nobelprisvindende fysiker Richard Feynman, som forestillede sig nanoteknologi allerede i 1960'erne, forudsagde, at efterhånden som videnskabsmænd blev i stand til at vælge og erstatte visse slags atomer, de ville være i stand til at fremstille praktisk talt ethvert tænkeligt materiale.

"Mere end et halvt århundrede senere, vi er der ikke endnu, men hvor vi er, vi kan visualisere dem, og i den skala er der nye problemer, der kan opstå, og vi er nødt til at forstå disse egenskaber som en del af forståelsen af ​​materialeegenskaberne i stor skala, før vi kan bruge dem, " sagde Abate.

Artiklen er publiceret i tidsskriftet ACS Nano .