Modifikation af grafen ved hjælp af laserlys

Grafen er et spændende nyt materiale, som er blevet karakteriseret som et 'vidundermateriale' på grund af dets fremragende egenskaber. Grafen fik stor opmærksomhed i 2010, da Nobelprisen i fysik blev tildelt forskere, der opdagede det. Grafen er kun et atomlag tykt, hvilket gør det til verdens tyndeste materiale. I sin afhandling, Vesa-Matti Hiltunen viste, at grafen kunne 'smedes' ved hjælp af laserlys. Dette skaber meget stive tredimensionelle strukturer ud af grafen, som potentielt kan bruges til at lave hurtigere og mere præcise mekaniske enheder.

Grafen har flere fremragende egenskaber, såsom elektrisk ledningsevne, gennemsigtighed og mekanisk styrke. På grund af disse egenskaber, grafen har været forudset til at blive brugt i forskellige applikationer, i energilagring, sensorer eller kommunikationsteknologi.

MSc Vesa-Matti Hiltunen har læst i sin ph.d. hvordan grafens form og egenskaber kan modificeres ved at udsætte det for meget korte, men kraftige laserimpulser. På grund af laserimpulserne, normalt fuldt todimensionelt grafen kan støbes til tredimensionelle strukturer.

"Vi kalder denne metode optisk smedning, da det ligner, hvordan flad metalplade kan smedes til tredimensionelle former med en hammer. Strukturer, der er lavet ved hjælp af optisk smedning, er hundredvis af gange højere end tykkelsen af ​​grafen, men stadig så små, at de passer nemt, for eksempel, på et hår, " siger Vesa-Matti Hiltunen.

Laserlys stivner grafen

Enheder, der kan fremstilles af grafen, er, for eksempel, forskellige sensorer, der fungerer ved at vibrere mekanisk. Optisk smedning blev opdaget for at stivne grafen, så det ikke bøjer så let. Dette er en interessant observation, da stigningen i bøjningsstivhed også øger grafens vibrationsfrekvens. Øget frekvens, på tur, kan forbedre hastigheden og præcisionen af ​​de enheder, der er lavet af den.

"Ved at bruge optisk smedning var vi i stand til at skabe strukturer, der er op til 10.000 gange stivere end umodificeret grafen. Dette er rekordstort for et materiale så tyndt som dette, siger Hiltunen.

Form er et resultat af atomare skalaændringer

Under studiet, det blev opdaget, at optisk smedning forårsager gitterdefekter til grafen, dvs. grafenstrukturen bryder op.

Grafen begynder at bryde fra tilfældige punkter. Hvis grafen udsættes for laserlyset i lang nok tid, priklignende defekter dannes til linjefejl, eller revner. Defekterne fører til lokal ekspansion af grafen, hvilket får grafen til at bule til tredimensionelle former.

"Forskningen gav masser af indsigt i, hvordan formen på grafen og dets egenskaber kan ændres. En stor styrke ved metoden er, at for at modificere grafen, ingen komplekse processer eller kemiske behandlinger er nødvendige. Laserlys er alt, der skal til, " opsummerer Hiltunen.