Een team van onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Maryland, College Park heeft een nieuwe techniek ontwikkeld om nauwkeurig te meten hoe tweedimensionale (2D) materialen uitzetten bij verhitting. Deze nieuwe techniek, de "nano-Raman thermo-expansiemicroscoop" genoemd, is gebaseerd op Raman-spectroscopie, een niet-destructieve techniek die informatie kan verschaffen over de moleculaire structuur en eigenschappen van materialen.

2D-materialen zijn een klasse materialen die één atoom dik zijn en die aanzienlijke belangstelling hebben getrokken vanwege hun unieke eigenschappen en potentiële toepassingen in de elektronica, opto-elektronica en energieopslag. Een van de uitdagingen met 2D-materialen is echter dat ze vaak erg gevoelig zijn voor temperatuurveranderingen, en dat hun eigenschappen aanzienlijk kunnen veranderen bij verhitting.

Het vermogen om de thermische uitzetting van 2D-materialen nauwkeurig te meten is belangrijk voor het begrijpen van hun gedrag onder verschillende temperatuuromstandigheden en voor het ontwerpen van apparaten waarin deze materialen zijn verwerkt. De nieuwe techniek ontwikkeld door onderzoekers van NIST en de Universiteit van Maryland biedt een manier om de thermische uitzetting van 2D-materialen met hoge precisie en ruimtelijke resolutie te meten.

De nano-Raman thermo-expansiemicroscoop werkt door een laserstraal te focussen op een 2D-materiaalmonster en de verschuiving in het Raman-spectrum te meten terwijl het monster wordt verwarmd. De verschuiving in het Raman-spectrum houdt verband met de uitzetting van het materiaal en kan worden gebruikt om de thermische uitzettingscoëfficiënt te berekenen.

De onderzoekers gebruikten de nano-Raman thermo-expansiemicroscoop om de thermische uitzetting van verschillende 2D-materialen te meten, waaronder grafeen, molybdeendisulfide en wolfraamdisulfide. Ze ontdekten dat de thermische uitzettingscoëfficiënten van deze materialen aanzienlijk hoger zijn dan die van bulkmaterialen. Dit komt omdat 2D-materialen een lagere dichtheid en zwakkere interatomaire bindingen hebben, waardoor ze gevoeliger zijn voor thermische uitzetting.

De nieuwe techniek, ontwikkeld door onderzoekers van NIST en de Universiteit van Maryland, biedt een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van de thermische eigenschappen van 2D-materialen. Deze informatie is belangrijk voor het begrijpen van het gedrag van deze materialen onder verschillende temperatuuromstandigheden en voor het ontwerpen van apparaten waarin deze materialen zijn verwerkt.