Het is gebruikt om de Chicago River groen te verven op St. Patrick's Day. Het is gebruikt om latente bloedvlekken op plaats delict te vinden. En nu hebben onderzoekers van de Northwestern University het gebruikt om het dunste materiaal ter wereld te onderzoeken.

Het nuttige hulpmiddel is de kleurstof fluoresceïne, en Jiaxing Huang, universitair docent materiaalkunde en techniek aan de McCormick School of Engineering and Applied Science, en zijn onderzoeksgroep hebben de kleurstof gebruikt om een ​​nieuwe beeldvormingstechniek te creëren om grafeen te bekijken, een één-atoom dik vel waarvan wetenschappers denken dat het kan worden gebruikt om goedkope, op koolstof gebaseerde transparante en flexibele elektronica te produceren.

Hun resultaten zijn onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Omdat het de dunste materialen ter wereld zijn, grafeen en zijn derivaten zoals grafeenoxide zijn behoorlijk uitdagend om te zien. Huidige beeldvormingsmethoden voor grafeenmaterialen omvatten doorgaans dure en tijdrovende technieken. Bijvoorbeeld, atoomkrachtmicroscopie (AFM), die materialen scant met een kleine punt, wordt vaak gebruikt om afbeeldingen van grafeenmaterialen te verkrijgen. Maar het is een langzaam proces dat alleen naar kleine gebieden op gladde oppervlakken kan kijken. Scanning elektronenmicroscopie (SEM), die een oppervlak scant met hoogenergetische elektronen, werkt alleen als het materiaal in vacuüm wordt geplaatst. Er zijn enkele optische microscopiemethoden beschikbaar, maar ze vereisen het gebruik van speciale substraten, te.

"Er zijn echt geen goede technieken die algemeen genoeg zijn om te voldoen aan de uiteenlopende beeldvormingsbehoeften in het onderzoek en de ontwikkeling van deze groep nieuwe materialen, " zegt Huang. "Bijvoorbeeld, mensen hebben voorgesteld grafeenmaterialen op plastic platen te plaatsen voor flexibele elektronica, maar het was een hele uitdaging om ze op plastic te zien. Als men deze materialen niet kan onderzoeken, kwaliteitscontrole zal moeilijk worden."

Fluorescerende etikettering is routinematig gebruikt om biologische monsters af te beelden, meestal door het gebruik van fluorescerende kleurstoffen die de objecten van belang laten oplichten onder een fluorescentiemicroscoop. Maar een dergelijke techniek werkt niet voor grafeenmaterialen vanwege een mechanisme dat fluorescentiedoving wordt genoemd:ze kunnen de fluorescentie van nabijgelegen kleurstofmoleculen "uitzetten".

"Dus we dachten, kunnen we gewoon overal kleurstof gebruiken?' zegt Huang. 'Op die manier, de hele achtergrond licht op, en overal waar je grafeen hebt, zal het donker zijn. Het is een omgekeerde strategie die prachtig blijkt te werken."

Toen Huang en zijn groep een grafeenmonster bedekten met fluoresceïne en het onder een fluorescentiemicroscoop legden - een veel goedkopere, direct beschikbaar instrument - ze verkregen beelden die net zo duidelijk zijn als die verkregen met AFM en SEM.

Het team noemde hun nieuwe techniek fluorescentie-quenching microscopie (FQM). "Toen (afgestudeerde student) Jaemyung me voor het eerst de FQM-afbeeldingen van grafeenmaterialen liet zien, "Huang zegt, "Ik werd misleid door de levendige details en dacht dat het SEM- of AFM-beelden waren."

In aanvulling, de groep ontdekte dat FQM grafeenmaterialen in oplossing kan visualiseren. "Niemand heeft dit eerder kunnen aantonen, " zegt Huang. De kleurstof kan ook worden toegevoegd aan fotoresistmaterialen, zodat grafeenvellen te zien zijn tijdens fotolithografie. Ze ontdekten ook dat de kleurstof gemakkelijk kon worden afgewassen zonder de vellen zelf te verstoren.

"Het is een eenvoudige en spotgoedkope methode die in veel situaties verrassend goed werkt, ' zegt Huang.