Nowe metody usuwania defektów w grafenie

fot. Mike Cohea, Brown University

Grafen, warstwa węglowa o grubości jednego atomu może być podstawą następnej rewolucji w nauce. Te ultracienkie warstwy kryją w sobie niesłychany potencjał dla różnych zastosowań - od zastępowania krzemu w ogniwach słonecznych po chłodzenia podzespołów komputerowych.

Pomimo wielkich nadziei pokładanych w grafenie, jakie dają przeprowadzone już badania, trzeba włożyć jeszcze więcej pracy, aby zrozumieć wszystkie właściwości tego materiału. Im więcej właściwości grafenu zostanie zrozumianych, tym więcej możliwości technologicznych zostanie otwartych - mówi Vivek Shenoy, profesor inżynierii na Brown University w USA.

Prof. Shenoy wraz z zespołem naukowców zdobył nową wiedzę na temat tych materiałów. W swoich badaniach wykazuje, że w procesie produkcji polegającym na redukcji tlenku grafenu powstają liczne wady struktury atomowej grafenu. Bazując na tym odkryciu naukowcy zaproponowali modyfikację technologii, aby uczynić ją bardziej efektywną. Sprecyzowali metodę dostarczania wodoru w procesie produkcji.

Warstwy produkowane podczas redukcji tlenku grafenu są dwuwymiarowymi strukturami plastra miodu. Większość atomów w strukturze to węgiel, którego naukowcy tam oczekują. Niestety pojawiają się tam również atomy tlenu i wodoru zakłócające jednolitość arkusza. Przy dostarczeniu odpowiedniej ilości ciepła do siatki część atomów tlenu i wodoru wejdzie w reakcję i zostaną one wydalone w postaci wody. Niestety niektóre atomy tlenu są bardziej "uparte".

Prof. Shenoy wspólnie ze studentem Ankbar'em Bagri oraz kolegami z Rutgers University i University of Texas posłużyli się dynamiczną symulacją struktury grafenu, aby obserwować konfigurację jego atomów. Odkryli, że zatrzymane w grafenie atomy tlenu tworzą podwójne wiązania z atomami węgla.

Atomy z podwójnym wiązaniem posiadają bardzo niską energię, ciężko jest je zmusić do reakcji a tym samym wyrwać je ze struktury grafenu.

"Lekarstwem" na to ma być podawanie atomów wodoru w ściśle określonych ilościach w miejscach, gdzie tlen powiązany z atomami węgla tworzy większe dziury w strukturze. Tlen z wodorem powinien utworzyć jony hydroksylowe i opuścić siatkę atomów.

Kolejne plany to badanie właściwości tlenku grafenu i rozwijanie technik "leczenia" wodorem.

PhysOrg