Ser dybere ind i grafen ved hjælp af regnbuespredning

Grafen er et todimensionelt vidundermateriale, der er blevet foreslået til en lang række anvendelser inden for energi, teknologi, konstruktion og mere, siden det først blev isoleret fra grafit i 2004.

Dette enkeltlag af kulstofatomer er sejt, men fleksibelt, let men med høj modstand, med grafen beregnet til at være 200 gange mere modstandsdygtig end stål og fem gange lettere end aluminium.

Grafen lyder måske perfekt, men det er det bogstaveligt talt ikke. Isolerede prøver af denne 2D allotrope er ikke helt flade, med dens overflade kruset. Grafen kan også have strukturelle defekter, der i nogle tilfælde kan være skadelige for dets funktion og i andre tilfælde kan være afgørende for dets valgte anvendelse. Det betyder, at den kontrollerede implementering af defekter kunne muliggøre finjustering af de ønskede egenskaber af todimensionelle grafenkrystaller.

I en ny artikel i The European Physical Journal D , Milivoje Hadžijojić og Marko Ćosić, begge fra Vinča Institute of Nuclear Sciences, Universitetet i Beograd, Serbien, undersøger regnbuespredningen af ​​fotoner, der passerer gennem grafen, og hvordan den afslører strukturen og ufuldkommenhederne af dette vidundermateriale.

Mens der er andre måder at undersøge grafens ufuldkommenheder på, har disse ulemper. For eksempel kan Raman-spektroskopi ikke skelne nogle defekttyper, mens højopløsningstransmissionselektronmikroskopi kan karakterisere krystalstrukturdefekter med enestående opløsning, men de energiske elektroner, den bruger, kan nedbryde krystalgitteret.

"Regnbueeffekten er ikke så sjælden i naturen. Den blev også opdaget ved spredning af atomer og molekyler. Den blev opdaget i ionspredningsforsøg på tynde krystaller. Vi har teoretisk studeret en spredning af lavenergiprotoner på grafen og demonstreret, at regnbueeffekten forekommer også i denne proces," siger Hadžijojić. "Ydermere har vi vist, at grafenstruktur og termiske vibrationer kunne studeres via protonregnbuespredningseffekt."

Ved at bruge en proces kaldet regnbuespredning observerede duoen den diffraktion, de tog, da denne passerede gennem grafenet og "regnbuemønsteret" skabt.

Ved at karakterisere diffraktionsmønsteret fandt forskerne, at perfekt grafen gav et regnbuemønster, hvor den midterste del var en enkelt linje, hvor den indre del demonstrerede et mønster med sekskantet symmetri, en symmetri, der var fraværende i ufuldkommen grafen.

Forskerne konkluderede også, at specifikke defekttyper producerer deres egne distinkte regnbuemønstre, og dette kunne bruges i fremtidig forskning til at identificere og karakterisere defekttyper i en grafenprøve.

"Vores tilgang er ret unik og kan potentielt tjene som en nyttig komplementær karakteriseringsteknik af grafen og lignende todimensionelle materialer," siger Hadžijojić.

Flere oplysninger: M. Hadžijojić et al, Study of graphene by proton rainbow scattering, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00664-y

Journaloplysninger: European Physical Journal D

Leveret af Springer