Een enkel atoom dik vel koolstof, zoals die te zien zijn in potloodstrepen -- biedt een groot potentieel voor nieuwe soorten apparaten op nanoschaal, als er een goede manier kan worden gevonden om het materiaal in de gewenste vormen te gieten.

Chemici van de Universiteit van Illinois in Chicago zeggen dat het mogelijk is, melden dat grafeen behoorlijk buigzaam kan worden met slechts een nanodruppel water om het werk te doen.

"Tot nu toe, men dacht niet dat we deze structuren controleerbaar konden vouwen, " zei Petr Král, assistent-professor scheikunde aan de UIC. "Maar nu weten we hoe we grafeen moeten vormen door zwakke krachten te gebruiken tussen nanodruppels die zorgvuldig op grafeenplaten zijn geplaatst."

Král en twee van zijn afstudeerstudenten beschreven het proces in een recent artikel in Nano-brieven, die is gemarkeerd in Natuur 'nieuws en meningen' sectie 17 december.

Ingenieurs sneden grafeen al in smalle linten en andere vormen, uitbreiding van de verzameling koolstofhoudende systemen zoals fullerenen, koolstof nanobuisjes en nano-diamanten. Met behulp van computersimulaties, Král toonde aan dat zwakke moleculaire interacties, van der Waals-krachten genaamd, tussen waternanodruppels en grafeen het in een grote verscheidenheid aan vormen kunnen vormen, zonder dat het water en grafeen chemisch binden.

"Afhankelijk van de grootte van de waterdruppel en de vorm en grootte van de gebruikte grafeenvlok, we kunnen het in verschillende vormen vouwen voor verschillende toepassingen, "zei Král. "Het is vergelijkbaar met de manier waarop eiwitten in biologische cellen worden gevouwen met behulp van chaperonne-eiwitten."

Král en zijn studenten ontdekten dat ze waterdruppels konden gebruiken om te rollen, kromming, schuif en vorm grafeen in verschillende complexe structuren zoals capsules, boterhammen, knopen en ringen -- alle potentiële bouwstenen van nanodevices met unieke mechanische, elektrische of optische eigenschappen. Door gebruik te maken van speciale technieken zoals atoomkrachtmicroscopie en zorgvuldig geleide microscopische naalden, waterdruppels en andere materialen kunnen zorgvuldig op grafeen worden geplaatst om het in de gewenste vormen te vormen, hij zegt.

Het laboratorium van Král bestudeert mogelijke toepassingen van grafeen op nanoschaal, zoals manieren om het te coaten met fosfolipidemoleculen waardoor het onderdeel zou kunnen worden van biologische celmembranen waar het specifieke functies zou kunnen vervullen. Zijn laboratorium ontwerpt ook poriën op nanoschaal van grafeenplaten waarmee nieuwe ionen- en moleculaire scheidingsmembranen kunnen worden gebouwd voor gebruik bij ontzilting en andere toepassingen.

Terwijl de materialen waarmee hij werkt anorganisch zijn, Král ziet een groeiende trend om hybride multifunctionele systemen te ontwikkelen die anorganische nanostructuren combineren met biologische cellulaire systemen.

"We proberen signalen uit de biologische wereld te detecteren of signalen door te geven aan de biologische wereld, "zei hij. "In de toekomst, misschien zullen eiwitten evolueren om te interageren met anorganische systemen. Het is een manier van evolutie om een ​​nieuwe interface te vormen, of hybride systeem, samenwerken aan nieuwe functies."